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会计学1大学物理薄膜干涉福州大学李培官大学物理薄膜干涉福州大学李培官薄膜干涉薄膜干涉11-3-1.第1页/共14页 光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象称为称为薄膜干涉现象。薄膜干涉现象。1.现象：现象：在日常生活中，我们经常可以见到：雨天路面上积水的在日常生活中，我们经常可以见到：雨天路面上积水的表面出现彩色的花纹、肥皂泡在阳光下五光十色、昆虫表面出现彩色的花纹、肥皂泡在阳光下五光十色、昆虫(蝴蝶、蝴蝶、蜻蜓等蜻蜓等)的翅膀在阳光下形成绚丽的彩色等，这些都是由于光在的翅膀在阳光下形成绚丽的彩色等，这些都是由于光在薄膜上、下两个表面反射的光波相互干涉的结果，薄膜上、下两个表面反射的光波相互干涉的结果，称为薄膜干涉称为薄膜干涉。 第2页/共14页M1M2eASDCBLP1232.2.薄膜干涉薄膜干涉的基本原理的基本原理： 1n2n1niri光线光线 2 2 与光线与光线 3 3 的光程差的光程差： ADnBCABn12ireiACADreBCABsintan2sincos由几何关系：由几何关系：rninsinsin21)sinsin(cos212irnnre由折射定律由折射定律：renrnrecos2)sin1 (cos2222光程光程差差： i-nne22122sin2第3页/共14页干涉减弱，）（干涉加强, 2 , 10212, 2 , 1 222sin222122kkkkinne2sin2222122inne考虑半波损失考虑半波损失 光程差光程差i-nne22122sin2等倾干涉等倾干涉: 若薄膜厚度不变，光程差随入射角的变化而变化，若薄膜厚度不变，光程差随入射角的变化而变化，此时相同倾角的入射光对应同一条干涉条纹，称为此时相同倾角的入射光对应同一条干涉条纹，称为等倾干涉等倾干涉；等厚干涉等厚干涉: 若入射角不变，光程差随薄膜厚度的变化而变化，若入射角不变，光程差随薄膜厚度的变化而变化，此时相同厚度的薄膜对应同一条干涉条纹，称为此时相同厚度的薄膜对应同一条干涉条纹，称为等厚干涉等厚干涉。 第4页/共14页【等倾干涉演示动画】【等倾干涉演示动画】第5页/共14页在光学仪器上镀膜在光学仪器上镀膜,使某种波长的反射光或透射光因干涉而减使某种波长的反射光或透射光因干涉而减少或加强少或加强,以提高光学仪器的反射率或透射率以提高光学仪器的反射率或透射率.增加透射率的增加透射率的薄膜称为薄膜称为增透膜增透膜.增加反射率的薄膜称为增加反射率的薄膜称为增反膜增反膜.1. 增反膜：增反膜：若给透镜镀上比其折射率更大的材料，单色光垂直若给透镜镀上比其折射率更大的材料，单色光垂直入射时，镀膜上下表面反射形成的相干光的光程差入射时，镀膜上下表面反射形成的相干光的光程差讨论讨论:增透增透(反反)膜只对某一特定的波长效果最好膜只对某一特定的波长效果最好.对其它波长对其它波长效果较差效果较差,甚至对某一特定的波长效果可能相反甚至对某一特定的波长效果可能相反.2/2ne当 k 干涉加强干涉加强这时透镜的反射率得到提高，透光量减少这时透镜的反射率得到提高，透光量减少 例如例如 对对1=5500 (绿光绿光)的增透膜的增透膜,光学厚度光学厚度n2 e=31/4, 光程差光程差= 2n2 e=31/2, 绿光相干减弱绿光相干减弱,透射率最大透射率最大,对同一光学厚度对同一光学厚度,反射光相反射光相干加强的波长干加强的波长2,则则 2n2 e=31/2=k2 , 2 = 31/4=4125 (紫光紫光). 感光胶片对绿光最敏感感光胶片对绿光最敏感. 照相机、望远镜镜头成蓝色就是上述原因照相机、望远镜镜头成蓝色就是上述原因第6页/共14页2. 增透膜增透膜 (n1nn2) : 当单色光垂直入射薄膜表面时当单色光垂直入射薄膜表面时,在上下在上下表面反射形成相干光表面反射形成相干光2、3, 都有半波损失都有半波损失,其光程差为其光程差为11n38. 1n50. 12n空气空气氟化氟化镁镁玻玻璃璃e123ne22/)12( k3 , 2 , 1 , 0 k两束光相干减弱，因两束光相干减弱，因2、3光强有差别光强有差别，故不会完全相消，故不会完全相消，使反射光减弱，使反射光减弱，由能量守恒，透射光必定增强。由能量守恒，透射光必定增强。常把高折射材料和低折射材料交常把高折射材料和低折射材料交替镀多层替镀多层(13,15,17)称为多层膜称为多层膜.第7页/共14页【例【例1】 玻璃（玻璃（）表面镀一层表面镀一层MgF2薄膜（薄膜（），为使垂直入射，为使垂直入射的波长为的波长为5500的黄绿光成为增反膜，求的黄绿光成为增反膜，求MgF2 薄膜的最小薄膜的最小厚度？厚度？解：对增透膜，有解：对增透膜，有当当k = 1 时，时，e 取极小值取极小值。镀膜12 3空气2n1n玻璃3n注意：注意：增透（反）膜只对某一波长的光效果最好。一定厚增透（反）膜只对某一波长的光效果最好。一定厚度度e e的薄膜对波长的薄膜对波长1为增透膜，而对波长为增透膜，而对波长2可能为增反膜可能为增反膜. .2nek1, 2,k 2kenmin550199nm22 1.38en第8页/共14页【例例2 2】为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（n n3 3=1.52=1.52）上镀一层）上镀一层 MgF MgF2 2 薄膜（薄膜（n n2 2=1.38=1.38），使对人眼和），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光感光底片最敏感的黄绿光 = = 555 nm 555 nm 反射最小，假设反射最小，假设光垂直照射镜头，求：光垂直照射镜头，求：MgFMgF2 2 薄膜的最小厚度薄膜的最小厚度。解：解：2) 12(k )2 , 1(k321nnn不考虑半波损失。不考虑半波损失。dninnd2221222sin2k=1, ,膜最薄膜最薄24) 12(nkd24nd38.14105559m1017第9页/共14页【例【例3】. 玻璃（玻璃（n）表面镀一层表面镀一层MgF2薄膜（薄膜（n），为使垂直，为使垂直入射的波长为入射的波长为5500的黄绿光成为增透膜，求的黄绿光成为增透膜，求MgF2 薄膜的薄膜的最小厚度？最小厚度？解：对增透膜，有解：对增透膜，有当当k = 0 时，时，e 取极小值取极小值。镀膜12 3空气n1n玻璃3n注意：增透（反）膜只对某一波长的光效果最好。注意：增透（反）膜只对某一波长的光效果最好。一定厚一定厚度度e e的薄膜对波长的薄膜对波长1为增透膜，而对波长为增透膜，而对波长2可能为增反膜可能为增反膜. .1,2,k 2(21)2nek( 21 )4kenmin550100nm44 1.38en第10页/共14页【例例4 4】. .如图所示，在折射率为如图所示，在折射率为1.501.50的平板玻璃表面有一层的平板玻璃表面有一层厚度为厚度为300nm300nm，折射率为，折射率为1.221.22的均匀透明油膜，用白光垂直的均匀透明油膜，用白光垂直射向油膜，问：射向油膜，问：1)1)哪些波长的可见光在反射光中产生相长干哪些波长的可见光在反射光中产生相长干涉涉? ?2)2)若要使反射光中若要使反射光中=550nm=550nm的光产生相消干涉，油膜的最小的光产生相消干涉，油膜的最小厚度为多少厚度为多少? ?解：解：(1)(1)因反射光之间没有半波因反射光之间没有半波损失，由垂直入射损失，由垂直入射i i=0=0，得反射，得反射光相长干涉的条件为光相长干涉的条件为3 , 2 , 1 ,22kkenken22 k=1时时 nm73230022. 121 红光红光 k=2时时 nm3662/30022. 122 故反射中红光产生相长干涉。故反射中红光产生相长干涉。 紫外紫外 第11页/共14页(2)(2)由反射相消干涉条件为：由反射相消干涉条件为： ,2,1 ,0 ,21222kken 2412nke 显然显然k k=0=0所产生对应的厚度最小，即所产生对应的厚度最小，即 nmne11322.1455042min 第12页/共14页欢迎指导欢迎指导谢谢谢谢第13页/共14页
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