薄膜干涉59022學習教案

1、會計學1薄膜干涉薄膜干涉59022第一頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。等傾干涉條紋是一組內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)，越向內(nèi)，級等傾干涉條紋是一組內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)，越向內(nèi)，級次越高。入射角減小，圓半徑減小。次越高。入射角減小，圓半徑減小。 等傾干涉等傾干涉特點：傾角相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋特點：傾角相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋 增反膜增反膜 利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下表面對某種色光的反射光發(fā)利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下表面對某種色光的反射光發(fā)生相長干涉，其結(jié)果是增加了該光的反射，減少了它的透射生相長干涉，其結(jié)果是增加了該光的反射，減少了它的透射. 增透膜增透膜 在透鏡表面鍍一層厚度均勻的

2、透明介質(zhì)膜，使其上在透鏡表面鍍一層厚度均勻的透明介質(zhì)膜，使其上、下表面對某種色光的反射光產(chǎn)生相消干涉，其結(jié)果是減少了、下表面對某種色光的反射光產(chǎn)生相消干涉，其結(jié)果是減少了該光的反射，增加了它的透射該光的反射，增加了它的透射.第1頁/共14頁第二頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。增透膜增透膜2) 12(22kdn增反增反膜膜加強加強ZnS玻璃玻璃n2=2.34n3 =1.50n1 = 1 kdn2222MgF2減弱減弱玻玻璃璃n2= 1.38n3 =1.50n1 = 1 4nd例例.照相機透鏡常鍍上一層透明照相機透鏡常鍍上一層透明薄膜，目的就是利用干涉原理減薄膜，目的就是利用干涉原理減少表面的

3、反射，使更多的光進入少表面的反射，使更多的光進入透鏡透鏡.常用的鍍膜物質(zhì)是常用的鍍膜物質(zhì)是MgF2，折，折射率，為使可見光譜中射率，為使可見光譜中 =550nm的光有最小反射，問膜厚的光有最小反射，問膜厚e = ？解解: : k=0,1,2,2)12(22kenn2=1.38n3=1.50n1=1依題意反射光干涉最小上下表明依題意反射光干涉最小上下表明都有半波損失，故都有半波損失，故第2頁/共14頁第三頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。nm6 .99nm38.1455042minne對應(yīng)于最小厚度，對應(yīng)于最小厚度，k = 0,得到得到 例例.照相機透鏡常鍍上一層透照相機透鏡常鍍上一層透明薄膜

4、，目的就是利用干涉原明薄膜，目的就是利用干涉原理減少表面的反射，使更多的理減少表面的反射，使更多的光進入透鏡光進入透鏡.常用的鍍膜物質(zhì)是常用的鍍膜物質(zhì)是MgF2，折射率，為使可見光譜中，折射率，為使可見光譜中 =550nm的光有最小反射，問膜的光有最小反射，問膜厚厚e = ？解解: : k=0,1,2,2)12(22kenn2=1.38n3=1.50n1=1依題意反射光干涉最小上下表明依題意反射光干涉最小上下表明都有半波損失，故都有半波損失，故第3頁/共14頁第四頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。等厚干涉等厚干涉1.劈尖干涉劈尖干涉空氣劈尖空氣劈尖介質(zhì)劈尖介質(zhì)劈尖n（1）干涉情況分析）干涉情

5、況分析 nekek+1l22ne光程差：光程差：明條明條紋紋2) 12(kk暗條紋暗條紋（2）相鄰兩暗（明）紋的間距）相鄰兩暗（明）紋的間距neeekk2122nndnnl2sin2相鄰條紋間的距離：相鄰條紋間的距離：第4頁/共14頁第五頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。（3）討論：）討論：（ a）利用劈尖可以測量微小角）利用劈尖可以測量微小角度度，微小厚度及照射光的波長。，微小厚度及照射光的波長。（b）在尖端是暗紋。）在尖端是暗紋。（c）對于同一級干涉條紋，具）對于同一級干涉條紋，具有相同的介質(zhì)厚度。有相同的介質(zhì)厚度。（d）干涉條紋的移動：）干涉條紋的移動：相鄰條紋間的距離：相鄰條紋間的距

6、離： nnl2sin2明條紋暗條紋公式：明條紋暗條紋公式：22 ne2) 12(kk第5頁/共14頁第六頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。應(yīng)用一應(yīng)用一 薄膜厚度的測量薄膜厚度的測量LdlNnd2薄膜厚度：薄膜厚度：nlnleLd2nlLd2lLN 條紋條紋數(shù)數(shù)測量原理測量原理 在半導(dǎo)體元件生產(chǎn)中，測定硅片上在半導(dǎo)體元件生產(chǎn)中，測定硅片上的二氧化硅薄膜厚度的常用方法是：的二氧化硅薄膜厚度的常用方法是：將薄膜的一部分磨成劈形膜，通過觀將薄膜的一部分磨成劈形膜，通過觀察垂直入射光在其上面產(chǎn)生的干涉條察垂直入射光在其上面產(chǎn)生的干涉條紋，計算出厚度紋，計算出厚度.第6頁/共14頁第七頁，編輯于星期日：

7、十九點 四十八分。ke2說明說明: k反映了偏離直線條紋的程度反映了偏離直線條紋的程度.應(yīng)用二應(yīng)用二 光學表面檢查光學表面檢查eeke22)(2)(2kkee測量原理測量原理第7頁/共14頁第八頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。 若因畸變使某處移動了一個條紋的若因畸變使某處移動了一個條紋的距離，距離， k=1，則，則 k-1 k k+1表面凸起表面凸起 ke1ke k-1 k k+1表面凹陷表面凹陷 2eke2第8頁/共14頁第九頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。例例.有一玻璃劈尖，放在空氣中有一玻璃劈尖，放在空氣中，劈尖夾角，劈尖夾角 =8 10-6rad. 波長波長 =0.589 m的

8、單色光垂直入射時，測的單色光垂直入射時，測得干涉條紋的寬度為得干涉條紋的寬度為l，求玻璃的折，求玻璃的折射率。射率。解：解：nl2ln253. 1104 . 210821089. 53572. 牛頓環(huán)牛頓環(huán) 牛頓環(huán)的特點：牛頓環(huán)的特點： 干涉條紋是以平凸透鏡干涉條紋是以平凸透鏡與平面玻璃板的接觸點為與平面玻璃板的接觸點為圓心的明暗相間的圓環(huán)，圓心的明暗相間的圓環(huán)，中心為暗點；條紋間距不中心為暗點；條紋間距不相等，且內(nèi)疏外密相等，且內(nèi)疏外密.第9頁/共14頁第十頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。(1)牛頓環(huán)的計算分析牛頓環(huán)的計算分析 首先分析反射光的干涉：首先分析反射光的干涉：設(shè)設(shè) r 為某級

9、干涉環(huán)的半徑為某級干涉環(huán)的半徑erRr22222)(eeReRRr22eeReRRre222)12(22kne暗紋暗紋kne22明紋明紋牛頓環(huán)半徑公式：牛頓環(huán)半徑公式：nRkr21), 2 , 1(k明環(huán)明環(huán)nkRr), 2 , 1 , 0(k暗暗環(huán)環(huán)eR第10頁/共14頁第十一頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。牛頓環(huán)半徑公式：牛頓環(huán)半徑公式：nRkr21), 2 , 1(k明環(huán)明環(huán)nkRr), 2 , 1 , 0(k暗暗環(huán)環(huán)討論：討論：(1)中心為暗斑（中心為暗斑（k = 0 ），以），以后是一級明環(huán)，一級暗環(huán)，后是一級明環(huán)，一級暗環(huán)，二級明環(huán)，二級暗環(huán)二級明環(huán)，二級暗環(huán).(2)隨隨 ，條

10、紋間距，條紋間距 ，所以牛頓環(huán)從里向外，所以牛頓環(huán)從里向外逐漸變密逐漸變密.r(3)實驗中常發(fā)現(xiàn)牛頓環(huán)中心并實驗中常發(fā)現(xiàn)牛頓環(huán)中心并非暗斑，而是灰斑，這是由于非暗斑，而是灰斑，這是由于透鏡與玻璃之間存在灰塵或污透鏡與玻璃之間存在灰塵或污物物.(4)如從透射光中觀察牛頓環(huán)，則如從透射光中觀察牛頓環(huán)，則由于不存在半波損失，中央為明由于不存在半波損失，中央為明斑（劈尖也存在這問題）斑（劈尖也存在這問題）.第11頁/共14頁第十二頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。1M1M2MG2G12Nd 邁克爾遜干涉儀工作原理邁克爾遜干涉儀工作原理第12頁/共14頁第十三頁，編輯于星期日：十九點 四十八分。例例.當把折射率為當把折射率為n的薄膜放入邁克爾孫干涉儀的一臂時，