薄膜干涉一等厚条纹解析课件.ppt

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1、2 薄膜干涉（一）等厚条纹薄膜干涉（一）等厚条纹1薄膜干涉是分振幅干涉薄膜干涉是分振幅干涉1）透明介质分界面多次反射光或多次透透明介质分界面多次反射光或多次透射光之间的干涉为分振幅干涉，最简单的射光之间的干涉为分振幅干涉，最简单的装置，即为一块透明薄膜。装置，即为一块透明薄膜。2）干涉的空间区域）干涉的空间区域薄膜上下表面的薄膜上下表面的广阔交叠区域里广阔交叠区域里都能发生干涉都能发生干涉3）观察条纹的方法）观察条纹的方法屏幕接收、光具组屏幕接收、光具组成像或眼睛直接观察成像或眼睛直接观察4）薄膜干涉的分类）薄膜干涉的分类等厚条纹和等倾条纹等厚条纹和等倾条纹2等厚条纹等厚条纹1）薄膜表面干涉条

2、纹的光程差）薄膜表面干涉条纹的光程差2）讨论）讨论（1）这是一个近似公式）这是一个近似公式（2）干涉区域位于薄膜表面附近）干涉区域位于薄膜表面附近（3）满足）满足 或或 时时 有半波损有半波损（4）有无半波损只影响条纹的绝对）有无半波损只影响条纹的绝对 级次，不影响条纹的形状、间级次，不影响条纹的形状、间 隔和反衬度。隔和反衬度。3）正入射时，等厚条纹的形状）正入射时，等厚条纹的形状垂直入射时，垂直入射时，可知，干涉条纹与薄膜的等厚度线重合，可知，干涉条纹与薄膜的等厚度线重合，干涉条纹的形状就是薄膜等厚线的形状，干涉条纹的形状就是薄膜等厚线的形状，所以成为等厚条纹。所以成为等厚条纹。4）等厚条

3、纹的特点）等厚条纹的特点（1）条纹定位于薄膜的表面附近）条纹定位于薄膜的表面附近（2）薄膜厚度不均匀，条纹与等厚线重合）薄膜厚度不均匀，条纹与等厚线重合（5）相邻干涉条纹的厚度差：）相邻干涉条纹的厚度差：3楔形薄膜的等厚条纹楔形薄膜的等厚条纹1）形状、走向和间隔）形状、走向和间隔形状：平行楞边的直线条纹形状：平行楞边的直线条纹 SM劈尖角劈尖角条纹间隔：条纹间隔：光程差：光程差：2 2)干涉条纹的移动干涉条纹的移动73）楔形薄膜的应用）楔形薄膜的应用（1）测量楔角和细丝的直径测量楔角和细丝的直径若已知入射光的波长：若已知入射光的波长：，可以测出：可以测出：则：则：(3)测膜厚测膜厚(2)干涉膨

4、胀仪干涉膨胀仪9(4)检验光学元件表面的平整度检验光学元件表面的平整度10 例例 1 波长为波长为680 nm的平行光照射到的平行光照射到L=12 cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互接触接触，另一边被厚度，另一边被厚度D=0.048 mm的纸片隔开的纸片隔开.试问在这试问在这12 cm长度内会呈现多少条暗条纹长度内会呈现多少条暗条纹?解解共有共有142142条暗纹条暗纹二二 牛顿圈牛顿圈由一块平板玻璃和一平凸透镜组成由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差光程差 牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SLM 半透半透半反镜半反

5、镜TR明纹明纹暗纹暗纹rd光程差光程差Rrd暗环半径暗环半径明环半径明环半径 (1)从反射光中观测，中心点是暗点还从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？是亮点？(2)属于等厚干涉，条纹间距不等，为属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？什么？暗环半径暗环半径明环半径明环半径讨讨论论 (4)应用例子应用例子:可以用来测量光波波长，可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等用于检测透镜质量，曲率半径等.(3)将牛顿环置于将牛顿环置于 的液体中，条的液体中，条纹如何变？纹如何变？工工工工 件件件件标标标标 准准准准 件件

6、件件 测量透镜的曲率半径测量透镜的曲率半径中心膜厚不为中心膜厚不为0时时上式仍成立上式仍成立时，仍有：时，仍有：证明：证明：因此：因此：即：即：SL 例例2 如图所示为测量油膜折射率的实验装如图所示为测量油膜折射率的实验装置，在平面玻璃片置，在平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长形油膜，在波长 的单色光垂直入射的单色光垂直入射G下，从反射光中可观察下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条到油膜所形成的干涉条纹已知玻璃的折射率纹已知玻璃的折射率为为 ，油膜的折，油膜的折射率射率 ，问：当，问：当油膜中心最高点与玻璃油膜中心最高点与玻璃SL片的上表面相距片的上表面

7、相距 时，干涉条时，干涉条纹是如何分布的？可看到几条明纹？明纹所纹是如何分布的？可看到几条明纹？明纹所在处的油膜厚度为多少在处的油膜厚度为多少?G解解 条纹为同心圆条纹为同心圆明纹明纹油膜边缘油膜边缘由于由于 故故可观察到可观察到四条明纹四条明纹.讨论讨论油滴展开时，条纹间油滴展开时，条纹间距变大，条纹数减少距变大，条纹数减少总结总结 (1)干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹即厚度相等的点的轨迹.(2)厚度线性增长条纹等间距，厚度非线厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距性增长条纹不等间距.(3)条纹的动态变化分析（条纹的动态变化分

8、析（变化时）变化时）(4)半波损失需具体问题具体分析半波损失需具体问题具体分析.3）牛顿圈的特点）牛顿圈的特点（1）中心条纹的级次低，中心条纹的级次低，边缘条纹级次高。边缘条纹级次高。（2）中心条纹稀疏，中心条纹稀疏，边缘条纹密集。边缘条纹密集。（3）空气层变厚空气层变厚条纹向内收缩，中心吞条纹。条纹向内收缩，中心吞条纹。反之，条纹向外扩展，中心吐条纹。反之，条纹向外扩展，中心吐条纹。（4）空气层厚度变化，空气层厚度变化，与，与 无关。无关。干涉条纹间隔不变。干涉条纹间隔不变。三、增透膜和高反膜三、增透膜和高反膜 1）日常所见的薄膜干涉图样）日常所见的薄膜干涉图样汽油膜、肥皂泡、油垢层、昆虫翅

9、膀、汽油膜、肥皂泡、油垢层、昆虫翅膀、近视镜上的色彩绚丽的干涉图样。近视镜上的色彩绚丽的干涉图样。2）在玻璃上镀膜的目的）在玻璃上镀膜的目的增加透过率或反射率，增加透过率或反射率，保护玻璃不被酸碱腐蚀。保护玻璃不被酸碱腐蚀。3）增透膜）增透膜反射光无半波损。反射光无半波损。平行光垂直入射平行光垂直入射令：令：设入射光的设入射光的振幅为：振幅为：得：得：增透条件：增透条件：若若，有：，有：氟化镁：氟化镁：4）增反膜）增反膜多层介质高反射膜的光强反射率多层介质高反射膜的光强反射率可达可达99以上以上2 3玻璃玻璃取取（增强增强）氟化镁为增透膜氟化镁为增透膜例例 为了增加透射率，求氟化镁膜的最为了增

10、加透射率，求氟化镁膜的最小厚度已知小厚度已知 空气空气n1=1.00，氟化镁，氟化镁 n2=1.38，=550 nm减弱减弱解解 则则(1)薄膜色薄膜色 反射光中满足相长或相消干涉条件的波长成分：反射光中满足相长或相消干涉条件的波长成分：加强：加强：减弱：减弱：透射光中满足相长或相消干涉条件的波长成分：透射光中满足相长或相消干涉条件的波长成分：加强：加强：减弱：减弱：薄薄膜膜色色：白白光光照照明明下下薄薄膜膜自自反反射射和和透透射射方方向向呈呈现现不不同同颜色。颜色。透射光与反射光成互补色透射光与反射光成互补色。1，2，3，4,3 薄膜的颜色薄膜的颜色 1，2，3，4,正在破裂的半球形水膜正在

11、破裂的半球形水膜半球形水膜半球形水膜双层肥皂水膜双层肥皂水膜肥皂水薄膜的干涉肥皂水薄膜的干涉肥皂水膜的干涉肥皂水膜的干涉油膜艺术油膜艺术鸽子脖颈羽鸽子脖颈羽毛毛水面的汽油水面的汽油膜膜茶水表面的浓缩茶水表面的浓缩油滴油滴烧焦的不锈钢炊烧焦的不锈钢炊具表面具表面云中的小水云中的小水滴滴碟翼碟翼蚌壳表面蚌壳表面猫眼石猫眼石各种相机镜头上的薄膜色各种相机镜头上的薄膜色 例例1 一油轮漏出的油一油轮漏出的油(折射率折射率n1=1.20)污污染了某海域染了某海域,在海水在海水(n2=1.30)表面形成一层表面形成一层薄薄的油污薄薄的油污.(1)如果太阳正位于海域上空，一直升飞如果太阳正位于海域上空，一直升飞机的驾驶员从机上向正下方观察，他所正对机的驾驶员从机上向正下方观察，他所正对的油层厚度为的油层厚度为460 nm,则他将观察到油层呈什则他将观察到油层呈什么颜色么颜色?(2)如果一潜水员潜入该区域水下，并向如果一潜水员潜入该区域水下，并向正上方观察，又将看到油层呈什么颜色？正上方观察，又将看到油层呈什么颜色？解解(1)绿色绿色已知已知n1=1.20n2=1.30d=460 nm(2)透射光的光程差透射光的光程差红光红光紫光紫光紫紫红红色色作业：作业：1、2、5、6