大学物理 课件 波动光学3

授课教师XXX第十三章波动光学第一节相干光第二节杨氏双缝干涉第三节薄膜干涉第十三章波动光学第四节迈克尔逊干涉仪13.3薄膜干涉掌握等厚干涉的原理。掌握等倾干涉的原理。了解薄膜干涉在工程中的应用。学

习

要

求情境与问题防蓝光镜片是一种保护眼睛免受蓝光伤害的工具。膜层反射型镜片是通过在镜片表面镀上一层特殊膜层，利用膜层反射波长在400-480nm之间有害的蓝光，实现减轻眼睛疲劳、保护视力等防护效果。为什么镀上一层薄膜就能阻止有害的蓝光呢？一、等厚干涉劈尖的两个表面是平面，二者之间的夹角θ称为劈尖角（劈尖角θ很小）。另一部分则折射入劈尖内部，折射光线遇到劈尖下表面再次被反射，成为反射光2，通过上表面折射出来(实际上，由于θ角很小，入射光、反射光1和反射光2都几乎重合)。因为反射光1和反射光2是利用反射和折射把波面上某处的振幅分为两部分（分振幅法），因此二者一定是相干光。平板玻璃细丝或薄片空气或介质在劈尖上表面A点入射的光线，一部分在A点被上表面反射，成为反射光1。以e表示入射点A处劈尖膜的厚度，则反射光1和反射光2在相遇时的光程差为

随着膜的厚度e变化，沿着该方向的光程差也随之变化

产生明暗纹的条件是

相同级次明条纹或暗条纹都与一定的膜厚e相对应。在劈尖上表面相同厚度的地方，形成的干涉条纹强度相同。具有这样特点的干涉称为等厚干涉。劈尖的干涉条纹是一系列与棱边平行的明暗相间的直条纹。在棱边处e=0，但由于有反射光线有半波损失，两相干光的光程差为λ/2，因而形成暗纹。k=0级暗纹

对相邻的两条明纹

二、等倾干涉使光线1斜入射到厚度

e

均匀的平膜上，它在入射点A处因被反射和折射分成两部分，反射部分记为光线2，折射光线3被薄膜下表面反射后经上表面射出。从折射线AB

反射后的射出点C作光线2的垂线CD，光线2从D点到P点与光线3从C点到P点的光程相等，因此它们的光程差就是ABC和AD两条光程的差。

由于AB=BC=e/cosγ，AD=ACsini=2etanγsini，折射定律sini=nsinγ

以相同倾角i入射到厚度均匀的平膜上的光线，经膜上、下表面反射后产生的两束相干光的光程差是一样的，即它们干涉相长或相消的情况也一样。具有这种特点的干涉称为等倾干涉。n

n

n>n

rL

fPo

rk环B

eiA

CD21Siii

·····等倾干涉条纹

根据反射光与透射光互补，题中反射光相消，则透射光加强。这样的膜叫增透膜；反之，如果反射光加强，则透射光减弱，对应的为增反膜。为了减小反射光的损失，在光学仪器中常应用增透膜。根据上式，一定的膜厚只对应一种波长的光。在照相机和助视光学仪器中，通常使膜厚对应于人眼最敏感的550nm的黄绿光。知识拓展薄膜干涉应用1.薄膜干涉技术可以用于分析各种薄膜材料的厚度、折射率、透明度和粗糙度等参数；2.新材料的研发过程中，这种技术可以帮助工作人员更全面地了解材料的光学和物理性质；3.可以用于光学元器件的表面质量检测、涂层质量分析，在光学成像、激光技术和光学仪器制造等领域，可以大大提高元器件的制造质量和性能。薄膜与物理飞秒激光无墨彩打最底层是是作为光反射层金属性的氮化钛，用于阻挡光线穿透并增加亮度；中间层是高损耗的氮化铝钛电介质，可调控对自然光的吸收；最顶层是氧化铝，当超快激光作用于氮化铝钛表面时，会形成一层以氧化铝为主的透明薄膜，与氮化铝钛一起调控吸收的自然光。通过控制入射激光的能量或扫描速度，能同时改变氧化膜（氧化铝）和氮化铝钛膜的厚度，膜厚的变化导致入射的自然光在三层膜结构之间产生复杂的干涉效应，使薄膜上形成丰