高中物理競(jìng)賽輔導(dǎo)全套課件第21節(jié) 薄膜干涉 劈尖 牛頓環(huán)

薄膜干涉屬于分振幅法.一般分為兩類,即等厚干涉和等傾干涉.§15.3

薄膜干涉15.3.1薄膜干涉由C向光線2引垂線CD,反射光2,3因幾何路程引起的光程差:PDC34E5A1B21.反射光的干涉注:考慮薄膜上下兩界面的反射光.則反射光2,3的光程差:若n1<n2反射光2,3因半波損失引起的光程差:1,2—反射光1',2'—透射光PDC34E5A1B2反射光2,3因幾何路程引起的光程差:反射光干涉的光程差條件:1)干涉加強(qiáng):2)干涉減弱:注:有無半波損失應(yīng)按照折射率判斷,若無半波損失,括號(hào)內(nèi)取0即可.1,2—反射光1',2'—透射光PDC34E5A1B2F透射光4,5因幾何路程引起的光程差:2.透射光的干涉反射光2,3的光程差:若n1<n2透射光4,5無半波損失引起的光程差:1,2—反射光1',2'—透射光PDC34E5A1B2F透射光4,5因幾何路程引起的光程差:透射光4,5的光程差:反射光干涉的光程差條件:1)干涉加強(qiáng):2)干涉減弱:注:有無半波損失應(yīng)按照折射率判斷,若無半波損失,括號(hào)內(nèi)取0即可.2.透射光的干涉透射光4,5的光程差:減弱加強(qiáng)結(jié)論:

反射光和透射光的干涉具有互補(bǔ)性,即反射光干涉加強(qiáng)(減弱),則對(duì)應(yīng)的透射光干涉減弱(加強(qiáng)),符合能量守恒定律.3.等厚干涉和等傾干涉1)薄膜厚度相等的位置對(duì)應(yīng)的反射光(或透射光)形成的干涉結(jié)果相同,即等厚干涉;2)入射角相等的光形成的干涉結(jié)果相同,即等傾干涉.當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)光線垂直入射時(shí)若若15.3.2等厚干涉

1.劈尖空氣劈尖介質(zhì)劈尖nSM劈尖角反射光光程差:反射光光程差:加強(qiáng)減弱明紋暗紋1)空氣劈尖棱邊處的干涉暗紋2)相鄰明(暗)紋中心對(duì)應(yīng)的介質(zhì)膜厚度差3)相鄰明條紋的中心間距

4)等厚干涉條紋的移動(dòng)每級(jí)條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)介質(zhì)膜的一個(gè)厚度,當(dāng)此厚度的位置改變時(shí),對(duì)應(yīng)的條紋將隨之移動(dòng).應(yīng)用1測(cè)量薄膜的厚度Ldb薄膜厚度:測(cè)量原理在半導(dǎo)體元件生產(chǎn)中,測(cè)定硅片表面二氧化硅鍍膜厚度的方法:將薄膜的一部分磨成劈形膜,通過觀察垂直入射光在劈形膜上產(chǎn)生的干涉條紋,計(jì)算鍍膜厚度.說明:

k反映偏離直線條紋的程度.應(yīng)用2檢查光學(xué)器件表面e

e測(cè)量原理例如,因缺陷使某處條紋偏移了一個(gè)條紋間距,即

k=1,則

k-1kk+1表面凸起

k-1kk+1表面凹陷例15-4.

有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角

=810-5rad.波長(zhǎng)

=589nm的單色光垂直入射時(shí),測(cè)得干涉條紋的寬度為

l=2.4mm,求玻璃的折射率.解:2.牛頓環(huán)

15.3.2等厚干涉

空氣牛頓環(huán)反射光干涉條紋是以接觸點(diǎn)為圓心,明暗相間的圓環(huán);條紋間距不等;且內(nèi)疏外密.SLMTe反射光光程差:加強(qiáng)減弱明環(huán)暗環(huán)1)空氣牛頓環(huán)中心erRr2)牛頓環(huán)半徑公式明環(huán)暗環(huán)設(shè)某級(jí)明環(huán)的半徑為r暗斑明環(huán)暗環(huán)3)半波損失取決于折射率關(guān)系2)牛頓環(huán)半徑公式明環(huán)暗環(huán)4)由中心向外,反射面夾角變大,條紋間距變小.解:解得:條紋怎樣,如何計(jì)算條紋半徑,級(jí)次?例15-5.

用鈉燈(

=589.3nm)觀察牛頓環(huán),第k條暗環(huán)的半徑為r=4mm,第k+5級(jí)暗環(huán)半徑r=6mm,求所用平凸透鏡的曲率半徑R.4)等厚干涉條紋的變化增透膜:

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(duì)某種顏色的光反射產(chǎn)生干涉減弱,其結(jié)果是減少了該光的反射,增加其透射.照相機(jī)鏡頭眼鏡15.3.3增反膜和增透膜激光器諧振腔宇航服增反膜:

利用薄膜干涉原理,使薄膜上下表面對(duì)某種顏色的光反射發(fā)生干涉加強(qiáng),其結(jié)果是增加了該光的反射,減少其透射.增透膜增反膜加強(qiáng)ZnS玻璃n2=2.34n3=1.50n1=1

MgF2減弱玻璃n2=1.38n3=1.50n1=1

透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性,符合能量守恒定律.k=0對(duì)應(yīng)最小厚度,得到

例15-7.空氣中肥皂膜(n

=1.33)厚度0.32m.如用白光垂直入射,問肥皂膜呈現(xiàn)什么色彩?解:反射光干涉加強(qiáng)

例15-6.照相機(jī)鏡頭常鍍上一層透明薄膜,目的就是利用干涉原理減少表面的反射,使更多的光進(jìn)入透鏡.常用的鍍膜物質(zhì)是MgF2,折射率n=1.38,為使可見光譜中

=550nm的光反射最弱,問膜厚e=?解:k=0,1,2,…n2=1.38n3=1.50n1=1依題意上下表面反射都有半波損