薄膜干涉讲解课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,大学物理 第三次修订本,第,13,章 波动光学基础,1,13.5,薄膜干涉,一、等厚干涉,1.,薄膜干涉,两光线到,C,点的光程差,而,根据折射定律,113.5 薄膜干涉 一、等厚干涉 1.薄膜干涉 两光,2,光程差为,考虑半波损失，光程差为,若两束光都是由光疏媒质向,光密媒质反射的，或都是由光密媒质向光疏媒质反射的，则不,考虑半波损失；否则，应,考虑半波损失。,2光程差为 考虑半波损失，光程差为 若两束,3,相长干涉与相消干涉,相长干涉,相消干涉,光线垂直入射时，,光程差为,当 等于半个波长的整数倍时，干涉相长；,当 等于半个波长的奇数倍时，干涉相消。,3相长干涉与相消干涉 相长干涉 相消干涉光线垂直,4,2.,劈尖干涉,两片叠放在一起的平板玻璃，其一端的楞边相接触，另一端被隔开，在上表面和下表面之间形成一空气薄膜，称为,空气劈尖,。,当单色光垂直入射到劈尖上时，由空气劈尖上、下表面反射的光相干叠加，形成干涉条纹。,空气劈尖,42.劈尖干涉 两片叠放在一起的平板玻璃，,5,干涉条纹的形成,L,S,M,T,.,W,a,d,k,d,k+1,明纹中心,暗纹中心,5干涉条纹的形成LSMT.Wadkdk+1明纹中心暗纹中心,6,利用薄膜干涉中，光垂直入射干涉相长和干涉相消条件，得,明纹条件,暗纹条件,同一明纹或暗纹都对应相同厚度的空气层，故为,等厚条纹,。,6 利用薄膜干涉中，光垂直入射干涉相长和干涉相,7,利用式子,得,厚度差为光在劈尖介质中波长的,1/2,。,两相邻明纹（或暗纹）对应空气层厚度差,a,d,k,d,k+1,明纹中心,暗纹中心,两相邻明、暗纹厚度差为,。,7利用式子得厚度差为光在劈尖介质中波长的 1/2。两相,8,(1),同一厚度,d,对应同一级条纹,等厚条纹,。,(5),测表面不平整度。,(3),空气劈尖顶点处是一,暗纹,。,(4),可测量小角度,、微小直径,D,等。,(2),两相邻明纹（或暗纹）,满足 ，,愈小，条纹愈疏，,愈大，条纹愈密。,讨论,8(1)同一厚度d 对应同一级条纹等厚条纹。(5)测,9,例,1,为了测量一根细的金属丝直径,D,，按图办法形成空气劈尖，用单色光照射形成等厚干涉条纹，用读数显微镜测出干涉明条纹的间距，就可以算出,D,。已知单色光波长为,589.3,nm,，测量结果是：金属丝与劈尖顶点距离,L,=28.880 mm,，第,1,条明条纹到第,31,条明条纹的距离为,4.295 mm,。,求,金属丝直径,D,。,D,9例1 为了测量一根细的金属丝直径D，按图办法形成空气劈尖，,10,解,条纹间距,得,金属丝直径,D,10解 条纹间距 得金属丝直径 D,11,例,2,根据薄膜干涉原理制成的测量固体线膨胀系数的干涉仪，证明样品的线膨胀系数为,其中，,AB,，,A,B,为平玻璃板，,W,为待测样品，入射光波长为 ，,L,0,和,L,分别为温度为,t,0,和,t,测得样品长度，,t,0,t,，有,N,条条纹通过某一刻度线。,11例2 根据薄膜干涉原理制成的测量固体线膨胀系数的干涉仪，,12,解,温度为,t,0,时，,k,级暗纹处空气层厚度,温度升到,t,时,空气层厚度变化,线膨胀系数,12解 温度为 t0 时，k 级暗纹处空气层厚度 温,13,例,3,用劈尖干涉法检测工件缺陷。,单色光,垂直入射，干涉条纹如图，每一条纹弯曲部分的顶点与左边条纹的直线部分的连线相切。工件表面与条纹变弯处对应部分，是凸起还是凹陷？凸起的高度或凹陷的深度为多少？,凹陷深度：,解,凹 陷。,等厚干涉，同一条纹上各点对应的空气层厚度相等,13例3 用劈尖干涉法检测工件缺陷。单色光,14,3.,牛顿环,S,M,T,A,B,O,L,用平凸透镜与一平面玻璃相接触构成以触点为圆心的等厚空气劈尖。,143.牛顿环 SMTABOL 用平凸透,15,当单色光垂直入射到劈尖上时，由空气劈尖上、下表面反射的光相干叠加，形成干涉条纹。,以接触点为中心的任一圆周上，空气层厚度相等,故,条纹是等厚干涉条纹,称为,牛顿环,。,.,d,R,C,A,B,r,、,d,和,R,的关系,略去二阶小量,d,2,得：,或,15 当单色光垂直入射到劈尖上,16,明纹条件,暗纹条件,明纹半径,暗纹半径,16明纹条件 暗纹条件 明纹半径 暗,17,1.,由式子 ，可知,离中心愈远，光程差增加愈快，牛顿环愈密。,2.,若接触良好，中央为暗纹,半波损失。,4.,可用来检测透镜的曲率半径误差及其表面平整度。,3.,利用牛顿环可测透镜的曲率。,讨论,17 1.由式子,18,例,4,用等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径，若光的波长为,589.3nm,，用读数显微镜测得牛顿环第,k,级暗纹的直径,D,k,=6.220mm,，第,k,+1,级暗环直径,D,k,+5,=,8.188mm,，求透镜的曲率半径为多少？,解,暗环半径,18例4 用等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径，若光的波长为58,19,两式相减,平凸透镜的曲率半径,19两式相减 平凸透镜的曲率半径,20,一、等倾干涉,反射板,透镜,屏幕,薄膜,20一、等倾干涉 反射板透镜屏幕薄膜,21,一、等倾干涉,单色光入射薄膜时，薄膜上下表面反射后,光,1,和光,2,的光程差为,考虑半波损失,n,1,和,n,2,确定后，取决于入射角,i,的大小。,21一、等倾干涉 单色光入射薄膜时，薄膜上,22,1.,同一入射角的光会汇聚于一个圆周上,;,因此到达圆周上各点的两反射光的光程差（取决于入射角）都相同。,4.,透射光图样与反射光图样互补。,3.,使用面光源条纹更清楚明亮。,2.,等倾干涉条纹为一系列同心圆环,;,内疏外密,;,内高外低。,5.,等倾干涉定域在无穷远。,讨论,22 1.同一入射角的光会汇聚于一个圆周上;因,23,例,5,增透膜,问,:,若反射光相消干涉的条件中取,k,=0,，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？,用波长,=550 nm,照相机镜头,n,3,=1.55,其上涂一层,n,2,=1.38,的氟化镁增透膜，光线垂直入射。,23例5 增透膜问:若反射光相消干涉的条件中取k=0,24,解,:,因为,n,1,n,2,n,3,所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是：,取,k,=0,，得,氟化镁增透膜的最小厚度为,24解:因为 n 1 n 2 n 3,所以反射光,25,例,6,氦氖激光器中的谐振腔反射镜,要求对波长,=632.8 nm,的单色光反射率达,99%,以上,为此在反射镜的玻璃表面上交替镀上,ZnS (n,1,=2.35),和低折射率的材料,MgF,2,(n,2,=1.38),共十三层。,求,:,每层膜的实际厚度？,（按最小厚度要求）,n,1,n,1,n,1,n,2,n,2,n,2,25例6 氦氖激光器中的谐振腔反射镜,要求对波长=63,26,解,:,利用薄膜干涉原理，考虑在实际使用中光线垂直入射；有半波损失。,MgF,的最小厚度：,ZnS,的最小厚度：,26解:利用薄膜干涉原理，考虑在实际使用中光线垂直入射；有,