物理學(xué)之光程薄膜干涉

物理學(xué)之光程薄膜干涉第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三設(shè)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(diǎn)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(dá)P點(diǎn)的位相變化之差為當(dāng)光在不同的媒質(zhì)中傳播時(shí)，即使傳播的幾何路程相同，但位相的變化是不同的.

2第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三物理意義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（位相變化相同）ABC一般情況下：3第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三光程(opticalpath)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(shí)，在相同的時(shí)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(shí)對(duì)應(yīng)的光程第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三兩列光波的光程之差：2．光程差注：光程和光程差的表示符號(hào)不同地方有所差異s1s2P兩光束到達(dá)P點(diǎn)的位相變化之差為第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)兩列光波的初相位差為０時(shí)，它們的干涉條件：用光程差來表示干涉條件為：可見，當(dāng)兩列相干光波在不同媒質(zhì)中傳播時(shí)，對(duì)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(yīng)用：第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三平行光同相面亮點(diǎn)主光軸焦點(diǎn)平行光線通過薄透鏡，并不因?yàn)橛型哥R的存在而帶來附加光程差。理論和實(shí)驗(yàn)表明：使用透鏡不會(huì)引起附加的光程差！二透鏡不引起附加的光程差第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三平行光同相面亮點(diǎn)主光軸焦點(diǎn)焦平面不帶來附加光程差！??！第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三PL三薄膜干涉DC34E5A1B2

(1)薄膜干涉:利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)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，是相干光第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三(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?！獾南喔砷L度所限。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三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：第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B2(2)干涉條件對(duì)同樣的入射光來說，當(dāng)反射方向干涉加強(qiáng)時(shí)，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(bǔ)第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)(1)(2)13第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三例一油輪漏出的油(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(jī)的駕駛員從機(jī)上向正下方觀察，他所正對(duì)的油層厚度為460nm,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第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三解

(1)綠色已知n1=1.20n2=1.30d=460nm15第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三

(2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色16第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三增透膜-----

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(qiáng)。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(qiáng)。3.平行平面膜干涉的應(yīng)用第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三（1）增透膜(darkfilm)：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(duì)波長為的光波，反射少，透射多，故叫增透膜。叫光學(xué)厚度。第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三19第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三2.高反射膜（brightfilm））實(shí)際是在玻璃片上依次噴鍍多層高、低折射率薄膜達(dá)到高反射的目的。光線1,2相長干涉，反射變強(qiáng)－－高反射膜.12e

nn0第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三激光諧振腔Laser半透膜高反射膜21第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三激光工作物質(zhì)全反射鏡半反射鏡out光放大原理2023/6/1122第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三23玻璃取（增強(qiáng)）氟化鎂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

，=550nm減弱解

則23第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三N(1)等傾干涉實(shí)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(huì)聚有相同入射角的光條紋在同一圓周上.四*.等傾干涉第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三iiiisf1n3n2ne點(diǎn)光源的等傾干涉條紋第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三（a)

干涉條紋的級(jí)次K僅與傾角i有關(guān)，點(diǎn)光源S發(fā)出的光線中，具有同一傾角的反射光線會(huì)聚干涉，形成同一級(jí)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(duì)應(yīng)條紋級(jí)次最高iiiisf1n3n2ne點(diǎn)光源的等傾干涉條紋(b)

對(duì)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。第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三{=明紋暗紋干涉公式：iiiisf1n3n2ne點(diǎn)光源的等傾干涉條紋明紋27第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三r結(jié)論：1）不同的入射角的光線對(duì)應(yīng)著不同干涉級(jí)的條紋，傾角相同的光線產(chǎn)生相同干涉級(jí)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(jí)越高。討論：1）若膜厚發(fā)生變化：第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)膜厚增加時(shí)：圓形干涉條紋向外擴(kuò)展明紋盯住某條明紋，不變，條紋向外擴(kuò)e增加，增大，第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期三當(dāng)膜厚減小時(shí)：明紋盯住某條明紋，不變，條紋