大學物理學之光程薄膜干涉課件

1、一 光程光在真空中的速度光在介質(zhì)中的速度真空中的波長介質(zhì)的折射率介質(zhì)中的波長12-3 光程和光程差1一 光程光在真空中的速度光在介質(zhì)中的速度真空中的波長介質(zhì)的折設從同位相的相干光源S1和S2發(fā)出的兩相干光，分別在折射率為n1和n2的媒質(zhì)中傳播，相遇點P與光源S1和S2的距離分別為r1和r2，如圖所示.則兩光束到達P點的位相變化之差為當光在不同的媒質(zhì)中傳播時，即使傳播的幾何路程相同，但位相的變化是不同的. 2設從同位相的相干光源S1和S2發(fā)出的兩相干光，分別在折射率為物理意義1：光在介質(zhì)中通過的幾何路程折算到真空中的路程.介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積 =(1)光程光走過的幾何路徑的長度（位相變化

2、相同）ABC一般情況下：3物理意義1：光在介質(zhì)中通過的幾何路程折算到真空中的路程.介質(zhì)光程 (optical path) 的物理意義2：光程也可以理解為：光在折射率為n的介質(zhì)中傳播距離為r時，在相同的時間內(nèi)光在真空中通過的路程光在折射率為n的介質(zhì)中傳播距離為r時對應的光程4光程 (optical path) 的物理意義2：光程也可以兩列光波的光程之差：2光程差注：光程和光程差的表示符號不同地方有所差異s1s2P兩光束到達P點的位相變化之差為5兩列光波的光程之差：2光程差注：光程和光程差的表示符號不同當兩列光波的初相位差為時，它們的干涉條件：用光程差來表示干涉條件為：可見，當兩列相干光波在不同媒

3、質(zhì)中傳播時，對干涉起決定作用的不是兩光波的幾何路程之差，而是它們的光程差。3.光程差的應用：6當兩列光波的初相位差為時，它們的干涉條件：用光程差來表示干平行光同相面亮點主光軸焦點平行光線通過薄透鏡，并不因為有透鏡的存在而帶來附加光程差。理論和實驗表明：使用透鏡不會引起附加的光程差！二 透鏡不引起附加的光程差7平行光同相面亮點主光軸焦點平行光線通過薄透鏡，并不因為有透鏡平行光同相面亮點主光軸焦點焦平面不帶來附加光程差！8平行光同相面亮點主光軸焦點焦平面不帶來附加光程差！8PL三 薄膜干涉DC34E5A1B2 (1) 薄膜干涉:利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)

4、獲得相干光束反射（透射）的光是同一束光分割振幅而得到的，是相干光9PL三 薄膜干涉DC34E5A1B2 (1) 薄膜干涉(2) 等厚條紋同一條紋反映膜的 同一厚度。 日常見到的薄膜干涉例子： 肥皂泡， 雨天地上的油膜， 昆蟲翅膀上的彩色 -。 膜為何要??？ 薄膜干涉有兩種條紋：(1) 等傾條紋同一條紋反映入射光的 同一傾角。光的相干長度所限。 10(2) 等厚條紋同一條紋反映膜的 同一厚度。 日常見PLDC34E5A1B2(1) 光線3與光線2的光程差為：由折射定律和幾何關(guān)系可得出：11PLDC34E5A1B2(1) 光線3與光線2的光程差為：由加 強減 弱PLDC34E5A1B2(2)干涉條

5、件對同樣的入射光來說，當反射方向干涉加強時，在透射方向就干涉減弱。透射光干涉條紋和反射光干涉條紋互補12加 強減 弱PLDC34E5A1B2(2)干涉條件對同樣的入 當光線垂直入射時當 時當 時(1)(2)13 當光線垂直入射時當 例 一油輪漏出的油(折射率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，一直升飛機的駕駛員從機上向正下方觀察，他所正對的油層厚度為460 nm,則他將觀察到油層呈什么顏色？ (2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，并向正上方觀察，又將看到油層呈什么顏色？14 例 一油輪漏出的油(折射率n1=1.2解 (1)

6、綠色已知n1=1.20n2=1.30d=460 nm15解 (1)綠色已知n1=1.20n2=1.30d=460 n (2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色16 (2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色16增透膜- 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強。增反膜- 利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強。3. 平行平面 膜干涉的應用17增透膜-增反膜-3. 平行平面 膜干涉的應用（1）增透膜(dark film)：在折射率為 的媒質(zhì)表面鍍一層厚度為e的透明的折射率為 ，如果：對波長為的光波，反射少，透射多，故叫增透膜。叫光學厚度。18（1

7、）增透膜(dark film)：在折射率為 的媒19192. 高反射膜（bright film） ）實際是在玻璃片上依次噴鍍多層高、低折射率薄膜達到高反射的目的。光線1, 2相長干涉，反射變強高反射膜.12e nn0202. 高反射膜（bright film） ）實際是在玻璃片上激光諧振腔Laser半透膜高反射膜21激光諧振腔Laser半透膜高反射膜21激光工作物質(zhì)全反射鏡半反射鏡out光放大原理9/24/202222激光工作物質(zhì)全半out光放大原理9/23/20222223玻璃?。ㄔ鰪姡┓V為增透膜例 為了增加透射率，求氟化鎂膜的最小厚度已知 空氣n1=1.00，氟化鎂 n2=1.38 ，

8、=550 nm減弱解 則2323玻璃?。ㄔ鰪姡┓V為增透膜例 為了增加透射率N(1)等傾干涉實際裝置OPMLS S P從S發(fā)光，入射到半反半透平面鏡M上.在膜N上下兩表面反射通過透鏡L在屏上會聚有相同入射角的光條紋在同一圓周上.四*.等傾干涉24N(1)等傾干涉實際裝置OPMLS S P從S發(fā)光，iiiisf1n3n2ne點光源的等傾干涉條紋25iiiisf1n3n2ne點光源的等傾干涉條紋25（a) 干涉條紋的級次K僅與傾角i有關(guān)，點光源S發(fā)出的光線中，具有同一傾角的反射光線會聚干涉，形成同一級次圓環(huán)形干涉條紋，稱為等傾干涉條紋。條紋中心處，入射角i=0對應條紋級次最高iiiisf1n3n

9、2ne點光源的等傾干涉條紋(b) 對于不同傾角的光入射： 入射角 越小，光程差越大，條紋越在中心。26（a) 干涉條紋的級次K僅與傾角i有關(guān)，點光源S發(fā)出的光線中=明紋暗紋干涉公式：iiiisf1n3n2ne點光源的等傾干涉條紋明紋27=明紋暗紋干涉公式：iiiisf1n3n2ne點光源的等傾r結(jié)論：1）不同的入射角的光線 對應著不同干涉級 的 條紋，傾角相 同的光 線產(chǎn)生相同干涉級條紋（等傾干涉）。2）入射角越小，光程差越大；即越靠近中心，干 級越高。 討論：1）若膜厚發(fā)生變化：28r結(jié)論：1）不同的入射角的光線2）入射角越小，光程差越大；即當膜厚增加時：圓形干涉條紋向外擴展明紋盯住某條明紋，不變，條紋向外擴e增加， 增大，29當膜厚增加時：圓形干涉條紋向外擴展明紋盯住某條明紋，不變，當膜厚減小時：明紋盯住某條明紋，不變，條紋向里收縮e減小， 減小，圓形干涉條紋向里收縮30當膜厚減小時