大學(xué)物理薄膜干涉

1、18-3 薄膜干涉薄膜干涉 是分振幅干涉。是分振幅干涉。 常見：肥皂泡、油膜、昆蟲的翅膀常見：肥皂泡、油膜、昆蟲的翅膀 膜為何要??？膜為何要薄？ 光的相干長度所限。光的相干長度所限。普遍地討論極為復(fù)雜。實際意義最大的是普遍地討論極為復(fù)雜。實際意義最大的是厚度厚度不均勻薄膜表面的不均勻薄膜表面的等厚條紋等厚條紋和和厚度均勻薄膜在厚度均勻薄膜在遠處的遠處的等傾條紋。等傾條紋。（不要求）（不要求）一、等傾干涉條紋一、等傾干涉條紋2)(12 ADnBCABnn1n1n212ABDC34ei點光源點光源對反射光：對反射光： 、 在在A點同相，在點同相，在C、D以后不產(chǎn)生附加的光程差，以后不產(chǎn)生附加的光程

2、差，12n1n1,應(yīng)計半波損失。應(yīng)計半波損失。 減減弱弱（加加強強但但 ), 2 , 1 , 0( 2) 12 )0, 2 , 1( 2sin222122kkkkkinne （進一步推導(dǎo)參見書（進一步推導(dǎo)參見書p166）若是單色光照射，出現(xiàn)明、暗紋；若是單色光照射，出現(xiàn)明、暗紋；若是白光照射，出現(xiàn)彩色條紋若是白光照射，出現(xiàn)彩色條紋n1n1n212ABDC34ei點光源點光源當(dāng)當(dāng)i=0（正入射）（正入射）時，時，222 en加不加，看條件加不加，看條件inne22122sin2 對透射光對透射光 、 ：34與反射光形成互補與反射光形成互補反射光干涉反射光干涉相長相長相消相消時，透射光干涉時，透射

3、光干涉 相消相消相長相長傾角相等的光線形成同一條條紋傾角相等的光線形成同一條條紋等傾條紋等傾條紋。e一定一定，i同則同則 同，對應(yīng)同一條條紋。同，對應(yīng)同一條條紋。觀察等傾條紋的實驗裝置和光路觀察等傾條紋的實驗裝置和光路in2MLS f屏幕屏幕從點光源發(fā)出的單條光線的光路從點光源發(fā)出的單條光線的光路從點光源發(fā)出的錐面上光線的光路從點光源發(fā)出的錐面上光線的光路從點光源發(fā)出的錐體上光線的光路從點光源發(fā)出的錐體上光線的光路等傾條紋照相等傾條紋照相二、等厚干涉條紋二、等厚干涉條紋1、劈尖（劈形膜）、劈尖（劈形膜）夾角很小的兩個平面間的介質(zhì)薄膜叫夾角很小的兩個平面間的介質(zhì)薄膜叫劈尖劈尖。rad) 1010

4、 (54 ：劈尖角劈尖角 實際應(yīng)用中實際應(yīng)用中,大都是大都是平行光平行光入射入射。空空氣氣劈劈尖尖由于劈尖角極小，反射光由于劈尖角極小，反射光1、2在膜面的光程差可在膜面的光程差可簡化簡化計算。計算。 反射光反射光1 單色平行光單色平行光入射入射en1n1n2A反射光反射光2(設(shè)設(shè)n2 n1)A：1、2的光程差的光程差222 en明明2 , 1,2)21(2 knk 暗暗1 , 0,22 knk ee=0(棱邊棱邊)為為零級暗紋零級暗紋。暗暗1 , 0,2) 12( kk 明明2 , 1, kk =加不加，看條件加不加，看條件膜厚度相等的光線形成同一條條紋膜厚度相等的光線形成同一條條紋等厚條紋

5、等厚條紋。兩相鄰明（暗）紋對應(yīng)的薄膜厚度差為兩相鄰明（暗）紋對應(yīng)的薄膜厚度差為212neeekk 對空氣劈尖，對空氣劈尖，n2=1,2 eL兩相鄰明（暗）兩相鄰明（暗）紋間距紋間距22sinnLL 干涉條紋為平行于棱干涉條紋為平行于棱邊的明暗相間的邊的明暗相間的等間距等間距的直條紋（可用讀數(shù)顯的直條紋（可用讀數(shù)顯微鏡觀察）微鏡觀察） n2不變，使不變，使 ，則，則條條紋如何紋如何移動？移動？ ，則，則L ，條紋變密，條紋變密，即條紋向即條紋向棱邊移動。棱邊移動。 根據(jù)根據(jù)間距間距變化判變化判斷條紋移動方向斷條紋移動方向22sinnLL 等厚干涉條紋等厚干涉條紋劈尖劈尖不規(guī)則表面不規(guī)則表面（同一

6、厚度對應(yīng)同一條條紋）（同一厚度對應(yīng)同一條條紋）白光入射白光入射單色光入射單色光入射肥皂膜的等厚干涉條紋肥皂膜的等厚干涉條紋2、牛頓環(huán)、牛頓環(huán)介質(zhì)薄膜介質(zhì)薄膜(劈尖劈尖)n1n2n3Re入射入射若若n1n2e入射入射明明1,2 212 k,n/R)k( 暗暗10 2,k,n/kR r牛頓環(huán)為同心圓條紋。牛頓環(huán)為同心圓條紋。 r ,k ,條紋向外級次越高。條紋向外級次越高。kknRkknRrrrkk 11)1(221 對暗環(huán)：對暗環(huán)：（對明環(huán)可作類似分析）（對明環(huán)可作類似分析）k ， r ,條紋向外由疏變密。條紋向外由疏變密。白光入射的牛頓環(huán)照片白光入射的牛頓環(huán)照片 平凸透鏡向上移平凸透鏡向上移,

7、條紋怎樣移動？條紋怎樣移動？ 透射光條紋？透射光條紋？思考題思考題例例2、將一牛頓環(huán)裝置（玻璃制）由空氣搬入水中，、將一牛頓環(huán)裝置（玻璃制）由空氣搬入水中，問干涉條紋（問干涉條紋（ ）(A)變疏變疏 (B)變密變密 (C)間隔不變間隔不變 (D)向外移動向外移動解：解： ken 222對應(yīng)對應(yīng)k級明環(huán)。級明環(huán)。n2 k .456567條紋向內(nèi)移動，間隔變小，選條紋向內(nèi)移動，間隔變小，選(B).根據(jù)根據(jù)級次級次變化判斷條紋移動方向變化判斷條紋移動方向例例3、(書書p171,例例18-4)一平面光波一平面光波照射厚度均勻照射厚度均勻的薄油膜，油膜覆蓋在玻璃板上。所用光波波長的薄油膜，油膜覆蓋在玻璃

8、板上。所用光波波長可連續(xù)變化。觀察到可連續(xù)變化。觀察到有且僅有有且僅有500nm與與700nm的的光在反射中消失。油的折射率為光在反射中消失。油的折射率為1.3，玻璃的折射，玻璃的折射率為率為1.5.試求油膜厚度。試求油膜厚度。n1=1n2=1.3n3=1.5三、增透膜和增反膜三、增透膜和增反膜(書書p170,自學(xué)自學(xué))解：解：500nm與與700nm的光在反射中消失，說明這兩的光在反射中消失，說明這兩種波長的入射光經(jīng)薄油膜的上、下表面反射種波長的入射光經(jīng)薄油膜的上、下表面反射后的反射光干涉相消。后的反射光干涉相消。又：有且僅有又：有且僅有 1= 500nm和和 2= 700nm的光干涉相的光

9、干涉相消，可設(shè)它們相消的級次分別為消，可設(shè)它們相消的級次分別為k級和級和( k-1)級。級。3 k.1073. 63 . 1250027227421mmnmne 57121212 kk2)12(212 ken21)1(2222 kenn1n2k)上上下下不變不變OA補充作業(yè)：補充作業(yè)：如圖牛頓環(huán)裝置，平凸透鏡中心恰好如圖牛頓環(huán)裝置，平凸透鏡中心恰好與平玻璃接觸，透鏡曲率半徑與平玻璃接觸，透鏡曲率半徑R=400cm.用單色用單色光光照射，觀察反射光形成的牛頓環(huán)，測得第照射，觀察反射光形成的牛頓環(huán)，測得第5個個明環(huán)的半徑為明環(huán)的半徑為0.30cm.（1）求入射光波長。）求入射光波長。（2）設(shè)圖中）設(shè)圖中 =1.00cm,求在半徑為求在半徑為 的范圍內(nèi)的范圍內(nèi)可觀察到的明環(huán)數(shù)目。可觀察到