11 3薄膜干涉總結(jié)

1、11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 介質(zhì)中的光介質(zhì)中的光 折射率折射率 頻率頻率 v0v0波長(zhǎng)波長(zhǎng) ?0波速波速 cu?c/n真空中真空中 1介質(zhì)中介質(zhì)中 n (n?1)?0/n空氣 玻璃 第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-f

2、ilm Interference) 波程（幾何路程）差波程（幾何路程）差 ?r?r2?r1設(shè)兩相干波源S1和S2同相，相干光在相位差為：?2? r?:真空中的波長(zhǎng)P點(diǎn)相遇的真空中 ?第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 光程差光程差 設(shè)兩相干波源 S1 和S2 同相，相干光在界面上 P點(diǎn)相遇的相位差為：?=2?2r2?2?1r1?2?n2r2?2?n1r1?2?(n2r2?n1r1)? ?n2r2?n1r1?2?:真空中的波長(zhǎng)第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光

3、程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 光程光程 nr介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積 = = 5 ( (兩光程之差兩光程之差) ) 波程（幾何路程）差波程（幾何路程）差 ?r?r2?r1相位差是光程差與真空波長(zhǎng)比擬第十一章 光學(xué) 光程差光程差 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 相位差相位差 光程差光程差 干涉干涉加強(qiáng)加強(qiáng) 干涉干涉減弱減弱6 第十一章 光學(xué) 11-3-1

4、在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，光屏P點(diǎn)處產(chǎn)生第五明條紋?，F(xiàn)將一厚度 e?6?m , 折射率 n?1.58的透明云母片覆蓋在其中的一條縫上，此時(shí) P點(diǎn)變成中央明條紋。 試問入射光的波長(zhǎng)為多少？云母片應(yīng)覆蓋在哪一條縫上？明條紋的位置條件：P ?r?r2?r1?k?r2?r1?5?S1 S 當(dāng)云母片覆蓋在其中一條縫中，則P點(diǎn)為中央明紋S2 由中央明紋的位置條件(光程差 )：?r?r2?(r1?e)?ne ?k? 0?r?r2?r1?(n?1)e?k?(n?1) e?0(n?1) e? 696nmk11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-fi

5、lm Interference) 透鏡不產(chǎn)生附加光程差透鏡不產(chǎn)生附加光程差 半波損失 光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，在界面上的反射光有相位突變?，即反射光的光程突變 (增加或減少 )?（附加光程差）。2n2?n1: 2 光有半波損失n2?n1: 2 光無半波損失第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 薄膜干涉薄膜干涉 水面上的油膜，鏡片上鍍膜水面上的油膜，鏡片上鍍膜 膜的厚度膜的厚度(0.001(0.001毫米毫米) )一般是與所涉及的光一般是與所涉及的光 的波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)

6、的，因?yàn)檩^大的厚度會(huì)破的波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)的，因?yàn)檩^大的厚度會(huì)破 壞產(chǎn)生彩色花紋所需的光的相干性。壞產(chǎn)生彩色花紋所需的光的相干性。 涉及到兩束光波的相差發(fā)生改變的三種可能方式包括：涉及到兩束光波的相差發(fā)生改變的三種可能方式包括： (1)(1)由于反射；由于反射；( (半波損失半波損失, ,附加光程差附加光程差) ) (2)(2)由于波沿著不同距離的路徑傳播；由于波沿著不同距離的路徑傳播； ( (波程差波程差) ) (3)(3)由于光通過不同折射率的介質(zhì)傳播；由于光通過不同折射率的介質(zhì)傳播； ( (光程差光程差) ) 第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Pat

7、h Difference and Thin-film Interference) 薄膜干涉示意圖薄膜干涉示意圖 反射光反射光(2,3)(2,3)的干涉的干涉 ?r? ?n2(AB? ?BC)? ?n1AD? ?2AB? ?BC? ?d/cos?n1sini? ?n2sin?AD? ?ACsini? ?2 d tan?sini= 加強(qiáng)加強(qiáng) 減弱減弱 第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 透射光透射光(4,5)(4,5)的干涉的干涉 加強(qiáng)加強(qiáng) 加強(qiáng)加強(qiáng) = 減弱減弱 反射

8、光反射光(2,3)(2,3)的干涉的干涉 = No No 半波損失半波損失 減弱減弱 透射光的明暗條件正好和反射光相反透射光的明暗條件正好和反射光相反, , 說明能量守恒說明能量守恒. . 第十一章 光學(xué) 1 1-3 -2 有一層折射率為 1.33的薄油膜，當(dāng)我們的觀察方向與膜面的法線方向成 30時(shí)，可看到由油膜反射的光呈波長(zhǎng)為 5 0 0 nm 的綠色光。試 問(1 )油膜的最薄厚度為多少？(2 )如果從膜面的法線方向觀測(cè)，則反射光的顏 色如何？?根據(jù)薄膜干涉條件：根據(jù)薄膜干涉條件： = 加強(qiáng)加強(qiáng) 減弱減弱 ?d?最薄厚度對(duì)應(yīng)k?1?2 d n?n sin i?222212?4 n?n si

9、ni22212?1.01?10cm?5從法線方向觀測(cè) i?0?2 dn2?k?(k?1)2?4 dn2? 537nm 綠色11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interference) 半波損失問題半波損失問題 （以光線（以光線1 1垂直入射為例）垂直入射為例） 光線（光線（2,32,3）的干涉）的干涉 1 2 3 n1n2n11 2 3 n1n2n3第十一章 光學(xué) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 (Light Path Difference and Thin-film Interferenc

10、e) 在薄膜兩表面上方反射出的兩束相干光在薄膜兩表面上方反射出的兩束相干光( (或從兩表面下方透射或從兩表面下方透射 1 2 3 出的兩束相干光出的兩束相干光) )，都是從同一條入射光線，都是從同一條入射光線 分出來的，它們的能量也是從那同一條入射分出來的，它們的能量也是從那同一條入射 n1光線分出來的，而波的能量又與振幅有關(guān)，光線分出來的，而波的能量又與振幅有關(guān)， n2所以這種產(chǎn)生相干光的方法就叫做所以這種產(chǎn)生相干光的方法就叫做分振幅法分振幅法。 n1光程差是由入射角光程差是由入射角決定的。焦平面上決定的。焦平面上同一干涉條紋對(duì)應(yīng)同一干涉條紋對(duì)應(yīng)于同一個(gè)入射角，于同一個(gè)入射角，故這類干涉條紋

11、稱故這類干涉條紋稱為為等傾條紋等傾條紋。 第十一章 光學(xué) 11-3 -3 一郵 輪漏出的油 (n1?1.20)污染了某海域，在海水(n2?1.30)表面形成一層 薄薄 的油污。 (1) 如果太陽正位于海域上空，一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察，他所正對(duì)的油層為460nm ，則他 將觀察到 油層 呈什么顏色？?r? 2dn1?k?2 n1d?, k?1, 2,k1 2 3 n0n1n3k?1,?2 n1d?1104nmk?2,k?3,?n1d?552nm? 綠色 2?n1d?368nm3橙 黃 綠 青 藍(lán) 紅 紫 11-3-3 一郵輪漏出的油(n1?1.20)污染了某海域，在海水(n2?1.30

12、)表面形成一層薄 薄的油污。(2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，又將看到油層呈什么顏色？透射光加強(qiáng)條件透射光加強(qiáng)條件 (= (=反射光減弱條件反射光減弱條件) ) ?t?2 dn1?(2 k?1)k?0,k?1,k?2,k?3,?22 n1d?2208nm0?1/ 22 n1d?736nm1?1/ 22 n1d?441.6nm2?1/ 22 n1d?315.4nm3?1/ 22 n1d?, k?0,1,2,k?1/ 2紅光紅光 紫紅色紫紅色 藍(lán)色藍(lán)色 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 增透膜和增反膜增透膜和增反膜 利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率或反光率利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率或反光率 11- 3-4 為了增加玻璃表面的透射率，求氟化鎂膜的最小厚度d。已知空氣折射率 n1?1.0, 氟化鎂n2?1.3