劈尖干涉實(shí)用PPT課件PPT課件

1、為此，明紋和暗紋出現(xiàn)的條件為：為此，明紋和暗紋出現(xiàn)的條件為：2 , 1 , 02123 , 2 , 12222kkkken明紋明紋暗紋暗紋 實(shí)際應(yīng)用中，通常使光線實(shí)際應(yīng)用中，通常使光線 垂直入射膜面，垂直入射膜面，即即 ，光程差公式簡化為：，光程差公式簡化為：0ien22等厚干涉條紋等厚干涉條紋：為因?yàn)榘氩〒p失而生產(chǎn)的附加光程差。：為因?yàn)榘氩〒p失而生產(chǎn)的附加光程差。第1頁/共25頁 當(dāng)薄膜上、下表面的反射光都存在或當(dāng)薄膜上、下表面的反射光都存在或都不存在半波損失時(shí)，其光程差為都不存在半波損失時(shí)，其光程差為:222enen22 當(dāng)反射光之一存在半波損失時(shí)，其光程當(dāng)反射光之一存在半波損失時(shí)，其光程

2、差應(yīng)加上附加光程差應(yīng)加上附加光程 /2 ,即：即：等厚干涉條紋等厚干涉條紋第2頁/共25頁：薄膜的兩個(gè)表面是平面：薄膜的兩個(gè)表面是平面, ,其間有很小夾角。其間有很小夾角。2. 劈尖膜第3頁/共25頁2.1 劈尖干涉光程差的計(jì)算=2ne nA反射光2反射光1入射光(單色平行光垂直入射)e空氣介質(zhì)+/2當(dāng)光從光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)的表面反射時(shí)劈劈 尖尖 膜膜B第4頁/共25頁2.2 劈尖明暗條紋的判據(jù) 當(dāng)光程差等于波長的整數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)干涉加強(qiáng)的當(dāng)光程差等于波長的整數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)干涉加強(qiáng)的現(xiàn)象，形成明條紋；當(dāng)光程差等于波長的奇數(shù)倍時(shí)，現(xiàn)象，形成明條紋；當(dāng)光程差等于波長的奇數(shù)倍時(shí)，出現(xiàn)干涉減弱的現(xiàn)象，

3、形成暗條紋。出現(xiàn)干涉減弱的現(xiàn)象，形成暗條紋。,.)2 , 1 , 0(212,.)3 , 2 , 1(22kkkkne明紋明紋暗紋暗紋劈劈 尖尖 膜膜第5頁/共25頁2.3 劈尖干涉條紋的特征（1）明、暗條紋處的膜厚：）明、暗條紋處的膜厚：暗紋暗紋（明紋明紋.)2 , 1 , 02/.)3 , 2 , 1(4/ ) 12(knkknke棱邊呈現(xiàn)暗紋棱邊呈現(xiàn)暗紋00ek第一級(jí)暗紋第一級(jí)暗紋第一級(jí)明紋第一級(jí)明紋nnek2/4/1第二級(jí)暗紋第二級(jí)暗紋第二級(jí)明紋第二級(jí)明紋nnek/4/32一系列明暗相間的、平行于棱邊的平直條紋。一系列明暗相間的、平行于棱邊的平直條紋。劈劈 尖尖 膜膜第6頁/共25頁2

4、.3 劈尖干涉條紋的特征（2 2）相鄰明紋（或暗紋）所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差 e = ek+1-ek = (2k+1) /4n - (2k-1) /4n = /2n 相鄰明紋（或暗紋）相鄰明紋（或暗紋）所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差所對(duì)應(yīng)的薄膜厚度之差相同。相同。e ke ek+1k+1 e 明紋暗紋劈劈 尖尖 膜膜第7頁/共25頁2.3 劈尖干涉條紋的特征（3）兩相鄰明紋（或暗紋）的間距結(jié)論結(jié)論： a.a.條紋等間距分布條紋等間距分布 b.b.夾角夾角 越小，條紋越疏；反之則密。如越小，條紋越疏；反之則密。如 過大，過大，條紋將密集到難以分辨，就觀察不到干涉條紋了。條紋將密集到難以分辨，就觀察不到干涉條紋

5、了。L= e/sin e/ /2n L e明紋暗紋L e 劈劈 尖尖 膜膜第8頁/共25頁2.3 劈尖干涉條紋的特征 劈尖干涉條紋是一系列明暗相間的、等間劈尖干涉條紋是一系列明暗相間的、等間距分布的、平行于棱邊的平直條紋。距分布的、平行于棱邊的平直條紋。劈尖干涉條紋劈尖干涉條紋劈劈 尖尖 膜膜第9頁/共25頁 例1 1 在半導(dǎo)體元件生產(chǎn)中，為了測(cè)定硅片上SiOSiO2 2薄膜的厚度，將該膜的一端腐蝕成劈尖狀，已知SiOSiO2 2 的折射率n n =1.46=1.46，用波長 =5893=5893埃的鈉光照射后，觀察到劈尖上出現(xiàn)9 9條暗紋，且第9 9條在劈尖斜坡上端點(diǎn)M M處，SiSi的折射

6、率為3.423.42。試求SiOSiO2 2薄膜的厚度。SiSiO2OM解：由解：由暗紋暗紋條件條件 e = (2k+1) /4n = 2ne = (2k+1） /2 (k=0,1,2)知知, ,第第9 9條暗紋對(duì)應(yīng)于條暗紋對(duì)應(yīng)于k k=8,=8,代入上式得代入上式得= 1.72( m)所以所以SiOSiO2 2薄膜的厚度為薄膜的厚度為1.72 1.72 m m。劈劈 尖尖 膜膜第10頁/共25頁例2 2 為了測(cè)量金屬細(xì)絲的直徑，把金屬絲夾在兩塊平玻璃之間，形成劈尖，如圖所示，如用單色光垂直照射 ，就得到等厚干涉條紋。測(cè)出干涉條紋的間距，就可以算出金屬絲的直徑。某次的測(cè)量結(jié)果為：單色光的波長

7、=589.3nm=589.3nm金屬絲與劈間頂點(diǎn)間的距離L L=28.880mm=28.880mm，3030條明紋間得距離為4.295mm,4.295mm,求金屬絲的直徑D D？ LD劈劈 尖尖 膜膜第11頁/共25頁mml29295. 4解解 相鄰兩條明紋間的間距相鄰兩條明紋間的間距 2sinlLDsin其間空氣層的厚度相差為其間空氣層的厚度相差為 /2于是于是其中其中 為劈間尖的交角，因?yàn)闉榕g尖的交角，因?yàn)?很很小，所以小，所以 mmmD05746. 0103 .5899211010880.28329295. 43 代入數(shù)據(jù)得代入數(shù)據(jù)得 2lLD 劈劈 尖尖 膜膜第12頁/共25頁.S分

8、束鏡M顯微鏡o 牛頓環(huán)裝置簡圖平凸透鏡平晶 牛頓環(huán)：一束單色平行光垂直照射到此牛頓環(huán)：一束單色平行光垂直照射到此裝置上時(shí)，所呈現(xiàn)的等厚裝置上時(shí)，所呈現(xiàn)的等厚條紋是一組以接觸點(diǎn)條紋是一組以接觸點(diǎn)O O為為中心的同心圓環(huán)。中心的同心圓環(huán)。牛頓環(huán)光程差的計(jì)算牛頓環(huán)光程差的計(jì)算牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉條紋的特征干涉條紋的特征牛頓環(huán)牛頓環(huán)的應(yīng)用的應(yīng)用 3.牛頓環(huán) 3.1 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置及光路第13頁/共25頁3.2 反射光光程差的計(jì)算 = 2 = 2e e + + /2 /2 eA牛頓環(huán)牛頓環(huán)12第14頁/共25頁3.3 牛頓環(huán)干涉條紋的特征 (1) 明暗條紋的判據(jù)明暗條紋的判據(jù)rRe0由幾何關(guān)系可知由幾何關(guān)系

9、可知（R e)2+r2=R2R2 - 2Re + e2 + r2=R2e = r2/2R暗紋暗紋（明紋明紋.)2 , 1 , 02/) 12(.)3 , 2 , 1(2/2kkkke牛頓環(huán)牛頓環(huán)第15頁/共25頁3.3 牛頓環(huán)干涉條紋的特征k=0，r =0 中心是暗斑中心是暗斑牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉條紋是一系列明暗相間的同心圓環(huán)。干涉條紋是一系列明暗相間的同心圓環(huán)。暗環(huán)明環(huán).2 , 1 , 0.3 , 2 , 1)21(kkRkRkr暗環(huán)暗環(huán)明環(huán)明環(huán).,.,210321211kRkRrk牛頓環(huán)牛頓環(huán)第16頁/共25頁(2) 相鄰暗環(huán)的間距相鄰暗環(huán)的間距內(nèi)疏外密內(nèi)疏外密暗環(huán)明環(huán).2 , 1 , 0.3

10、 , 2 , 1)21(kkRkRkr11kkRrrrkk牛頓環(huán)牛頓環(huán)第17頁/共25頁 牛頓環(huán)干涉是一系列明暗相間的、內(nèi)疏外密的牛頓環(huán)干涉是一系列明暗相間的、內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)。同心圓環(huán)。牛頓環(huán)牛頓環(huán)第18頁/共25頁4. 劈尖干涉的應(yīng)用4.1 依據(jù)： 測(cè)表面不平度測(cè)表面不平度 測(cè)波長：已知測(cè)波長：已知、n，測(cè)，測(cè)L可得可得 測(cè)折射率：已知測(cè)折射率：已知、，測(cè)測(cè)L可得可得n 測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化h h待測(cè)塊規(guī)標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶等厚條紋待測(cè)工件平晶劈尖應(yīng)用劈尖應(yīng)用4.2 應(yīng)用：nL2公式公式第19頁/共25頁 5.1 5.1 依據(jù)： 公式 mRrrkmk 22 測(cè)透鏡

11、球面的半徑測(cè)透鏡球面的半徑R ： 已知已知 , 測(cè)測(cè) m、rk+m、rk，可得可得R 。 測(cè)波長測(cè)波長： 已知已知R，測(cè)出測(cè)出m 、 rk+m、rk， 可得可得。 檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測(cè)透鏡暗紋 5. 牛頓環(huán)的應(yīng)用5.2 5.2 應(yīng)用：第20頁/共25頁例3 利用空氣劈尖的等厚干涉條紋可以檢測(cè)工 件表面存在的極小的加工紋路， 在經(jīng)過精密加工的工件表面上放一光學(xué)平面玻璃，使其間形成空氣劈形膜，用單色光照射玻璃表面，并在顯微鏡下觀察到干涉條紋，2bah ab hba hek-1ek如圖所示，試根據(jù)干涉條紋的彎曲方向，判斷工件表面是凹的還是凸的；并證明凹凸深度可用下式求得

12、：等厚干涉條紋等厚干涉條紋第21頁/共25頁2bah 解解: :如果工件表面是精確的平面如果工件表面是精確的平面, ,等厚干涉條紋應(yīng)等厚干涉條紋應(yīng)該是等距離的平行直條紋，現(xiàn)在觀察到的干涉條該是等距離的平行直條紋，現(xiàn)在觀察到的干涉條紋彎向空氣膜的左端。因此，可判斷工件表面是紋彎向空氣膜的左端。因此，可判斷工件表面是下凹的，如圖所示。由圖中相似直角三角形可下凹的，如圖所示。由圖中相似直角三角形可: : 所以所以: 21)(heehbakkab hba hek-1ek等厚干涉條紋等厚干涉條紋第22頁/共25頁解：如果工件表面是精確的平面，等厚干涉條紋應(yīng)如果工件表面是精確的平面，等厚干涉條紋應(yīng)該是等距離的平行直條紋，現(xiàn)在觀察到的干涉條紋該是等距離的平行直條紋，現(xiàn)在觀察到的干涉條紋彎向空氣膜的左端。因此，可判斷工件表面是下凹彎向空氣膜的左端。因此，可判斷工件表面是下凹的，如圖所示。由圖中相似直角三角形可的，如圖所示。由圖中相似直角三角形可: : 2bah 所以所以: 21)(heehbakkab hba hek-1ek等厚干涉條紋等厚干涉條紋第23頁/共25頁解：如果工件表面是精確的平面，等厚干涉條紋應(yīng)如果工件表面是精確的平面，等厚干涉條紋應(yīng)該