薄膜干涉的實(shí)際應(yīng)用

1、薄膜干涉的實(shí)際應(yīng)用 我們大家都知道，把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜，用酒精燈的黃光照射液膜，液膜反射的光使我們看到燈焰的像.像上有亮暗相間的條紋，這是光的薄膜干涉現(xiàn)象.它產(chǎn)生的原因是豎直放置的肥皂薄膜受到重力的作用，下面厚，上面薄，因此，在薄膜上不同的地方，來自前后兩個面的反射光所走的路程差不同，在一些地方，這兩列波疊加后互相加強(qiáng)，于是出現(xiàn)了亮條紋；在另一些地方，疊加后互相削弱，于是出現(xiàn)了暗條紋. 薄膜干涉的實(shí)際應(yīng)用非常廣泛，下面通過一些典型的實(shí)例來談一談. 1測量微小長度 例1為了測量金屬細(xì)絲的直徑，把金屬絲夾在兩塊平板玻璃之間，使空氣層形成劈尖（如圖1所示）.如用單色光垂

2、直照射，就得到等厚干涉條紋.測出干涉條紋間的距離，就可以算出金屬絲的直徑. 某次的測量結(jié)果為：單色光的波長=589.3 nm，金屬絲與劈尖頂點(diǎn)間的距離l=28.880 mm，30條明紋間的距離為4.295 mm，求金屬絲的直徑d. 解析相鄰兩條明條紋之間的距離l=4.29529 mm，其間空氣層的厚度相差2；則有l(wèi)sin=2； 式中為劈尖的夾角，因?yàn)楹苄。詓indl，于是得到ldl=2，所以d=l2l.代入數(shù)據(jù)，求得金屬絲的直徑d=5.7510-2 mm. 例2劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2所示.將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈

3、形空氣薄膜.當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖3所示，干涉條紋有如下特點(diǎn)：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定.現(xiàn)若在裝置中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后從上往下觀察到的干涉條紋 a.變疏b.變密c.不變d.消失 解析由例1知，相鄰兩條明條紋之間的距離l和劈尖的夾角之間的關(guān)系為：lsin=2，抽去一張紙片后，劈尖的夾角變小，sin變小，條紋之間的距離l變大，故選a. 2解釋現(xiàn)象 利用薄膜干涉可以解釋日常生活和實(shí)驗(yàn)中的一些現(xiàn)象. 例3在吹肥皂泡時，隨著肥皂膜越來越薄，肥皂泡上某一部分的顏色也相應(yīng)地發(fā)生

4、變化，觀察該部分肥皂膜表面色彩的變化應(yīng)依次是 a.從紫-綠-黃-紅-紫-循環(huán)變化 b.從紅-黃-綠-紫-紅-循環(huán)變化 c.從紅-綠-黃-紫-紅-循環(huán)變化 d.從紅-黃-紫-綠-紅-循環(huán)變化 解析我們知道，當(dāng)肥皂薄膜前后兩個表面反射的光的路程差為光的波長的整數(shù)倍時，出現(xiàn)明條紋；從紅光-紫光，光的波長越來越小，隨著肥皂膜越來越薄，它的厚度應(yīng)該依次是紅光-黃光-綠光-紫光-紅光-的半波長的整數(shù)倍.故選b. 例4把一個具有球面的平凸透鏡平放在平行透明玻璃板上（如圖4），現(xiàn)用單色光垂直于平面照射，在裝置的上方向下觀察，可以看到干涉條紋，那么，關(guān)于兩束光及干涉條紋的說法正確的是 a.兩束干涉光是a、b面反

5、射形成的 b.干涉條紋是中央疏、邊緣密的同心圓 c.兩束干涉光是b、c面反射形成的 d.干涉條紋是中央密、邊緣疏的同心圓 解析干涉條紋是由平凸透鏡和平行透明玻璃板之間的空氣薄膜反射形成的，選項(xiàng)c正確.空氣薄膜在等厚的地方，條紋相同，所以干涉條紋應(yīng)該是一系列同心圓（如圖5），物理學(xué)上也稱為牛頓環(huán). 與例題2類似，空氣薄膜可以看成傾角不斷變化的劈形，相鄰兩條明條紋之間的距離l和劈尖的夾角之間的關(guān)系為：lsin=2，從圓心到邊緣，劈尖的夾角逐漸變大，sin變大，條紋之間的距離l逐漸變小，故選b. 3檢查平面的凹凸情況 例5如圖6所示，用干涉法檢查平面時，兩板之間形成一層空氣膜，用單色光從上向下照射，

6、如果被檢測平面是光滑的，得到的干涉圖樣必是等間距的.如果平面出現(xiàn)凹凸不平，則條紋會發(fā)生彎曲，根據(jù)條紋的彎曲情況可以判斷平面的凹凸情況，圖7（甲）中平面，圖7（乙）中平面. 解析薄膜干涉又稱為等厚干涉，原因是厚度相等的地方，光程差一樣、干涉情況一樣，即某一處反射回來的兩列波疊加，光振動加強(qiáng)，產(chǎn)生亮點(diǎn)，那些與這處厚度相等的地方都是亮點(diǎn)，它們連起來組成亮條紋.在其它厚度處兩列波疊加，光振動減弱，產(chǎn)生暗條紋，因此厚度變化情況決定了條紋的形狀. 如果被測表面是平整的，它與標(biāo)準(zhǔn)樣板間形成一個厚度均勻變化的“楔形”空氣薄膜，于是它的單色光干涉條紋為與交線平行、等間距、明暗相間的條紋.可以這樣設(shè)想，讓一個“小

7、矮人”頭頂薄膜的上表面，腳在薄膜的下表面上走動，要求他頭總與上表面接觸，腳又不能“騰空”，人又不能彎曲（厚度不變），此人在平整平面上將走的是一條直線（對應(yīng)條紋線），如圖8，ab處為一直亮條紋.如果某處有“凹陷”，如圖中p處，此人再也不能沿直線走，在“凹陷”處將向薄膜薄的那側(cè)繞行，不然在“凹陷”處將“騰空”或頭將脫離上表面，如圖cd為一彎曲的亮條紋；如果某處有部分凸起，此人只能向厚的那側(cè)繞行. 因此，“凹陷”處條紋將向薄的那側(cè)彎曲，凸起處條紋將向厚的那側(cè)彎曲. 4制作增透膜和高反射膜 利用薄膜干涉的原理，可以制成增透膜和高反射膜.增透膜的厚度為透射光在薄膜中波長的14，使薄膜前后兩面的反射光的路

8、程差為波長的一半，故反射光疊加后減弱，增強(qiáng)透射光的強(qiáng)度. 高反射膜的厚度為透射光在薄膜中波長的12，使薄膜前后兩面的反射光的路程差為一個波長，故反射光疊加后加強(qiáng). 例6光熱轉(zhuǎn)換是將太陽光能轉(zhuǎn)換成其他物質(zhì)內(nèi)能的過程，太陽能熱水器就是一種光熱轉(zhuǎn)換裝置，它的主要轉(zhuǎn)換器件是真空玻璃管，這些玻璃管將太陽光能轉(zhuǎn)換成水的內(nèi)能.真空玻璃管上采用鍍膜技術(shù)增加透射光，使盡可能多的太陽光能轉(zhuǎn)化的熱能，這種鍍膜技術(shù)的物理學(xué)依據(jù)是 a.光的直線傳播b.光的粒子性 c.光的干涉d.光的衍射 解析根據(jù)題意，真空玻璃管上采用鍍膜技術(shù)增加透射光，可以知道，玻璃管上一定是鍍了增透膜，這是利用了光的干涉原理，故選c. 例7在宇航員頭盔和面甲上有對紅外線高反射率的高反射膜，它是選用折射率介于空氣和光學(xué)元件之間的透明膠，已知紅外線在真空中的波長為0=900 nm，透明頭盔和面甲的折射率為n1=1.6，選用的透明膠的折射率n2=1.5，則所鍍透明膠的厚度至少為多少？ 解析設(shè)紅外線的頻率為f，由c=f0 ，v=f，n2=cv，可得，光在薄