現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)課件：光的干涉1_10干涉現(xiàn)象的應(yīng)用牛頓環(huán)

1、1-10 干涉現(xiàn)象的應(yīng)用 牛頓環(huán),一、檢查光學(xué)元件表面的質(zhì)量,將待查光學(xué)元件置于幾何形狀完善、曲率半徑相同且已知的標(biāo)準(zhǔn)樣板上，觀測(cè)所形成的干涉條紋，再與標(biāo)準(zhǔn)花樣比較，若相同，則待測(cè)元件質(zhì)量合格，否則，根據(jù)條紋畸變情況，判斷出待測(cè)元件缺陷。,二、增透膜與增反膜,1、增透膜：,定義：減少元件表面反射能量，增加透射光能量，提高成像 質(zhì)量的鍍膜。,原理：利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下兩表面的兩束反射 光形成干涉相消，從而減少反射，增加透射。,注意：應(yīng)選擇合適的透明介質(zhì)（折射率）和適當(dāng)?shù)腻兡ず穸取?要全消除反射,要求兩列波的振幅相等；,增透膜:光在空氣(n=1)和玻璃( )分界面上的反射光強(qiáng)是入射光強(qiáng)的

2、5%；透射光強(qiáng)為95%。在許多光學(xué)儀器中反射光是十分有害的，例如對(duì)照相機(jī)，有6個(gè)透鏡12個(gè)反射面，投射光強(qiáng)為(0.95)120.55，再比如潛水艇的潛望鏡有20個(gè)透鏡，投射光強(qiáng)為(0.95)400.13，反射光在界面上的多次反射，大大降低了成象質(zhì)量。因此需要增透（減反）膜。,目前還找不到折射率為1.23的介質(zhì)?，F(xiàn)在的做法是使用折射率為1.38的MgF2，人對(duì)光的敏感波長(zhǎng)為550nm，,此時(shí)：,問題：為什么沒有計(jì)半波損？,2、增反膜：,定義：減少透射光能量，增加元件表面反射能量，提高成像 質(zhì)量的鍍膜。,原理：利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下兩表面的兩束反 射光形成干涉相長(zhǎng)，從而減少透射，增加反射。

3、,注意：應(yīng)選擇合適的透明介質(zhì)（折射率）和適當(dāng)?shù)腻兡ず穸取?要求：,增反膜： 蒸鍍一定厚度的膜，使膜的兩個(gè)分界面上的反射光相長(zhǎng)相干，提高反射光強(qiáng)要達(dá)到較高的反射率，需要采用多層膜，比如MgF2和ZnS交替的多層膜。,圖中反射膜為7層。若鍍13層，反射光的百分比可達(dá)99%,例題1-6： 增透、增反膜,已知：照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其上涂一層 n2=1.38的氟 化鎂增透膜，用波長(zhǎng) 光垂直照射。,問：若反射光相消干涉的條件中取j=1，膜的厚度為多少？此增透膜在 可見光范圍內(nèi)有沒有增反？,解：因?yàn)?，反射光干涉相消的條件是：,代入j 和 n2 求得：,此膜對(duì)反射光相干相長(zhǎng)的條件：,結(jié)果,可見光波長(zhǎng)范圍

4、 400700nm,波長(zhǎng)412.5nm的可見光有增反。,三、測(cè)量長(zhǎng)度的微小變化：,原理：當(dāng)薄膜厚度發(fā)生微小改變時(shí)，干涉條紋將發(fā)生移動(dòng)。設(shè) 當(dāng)厚度改變d0時(shí)，有N個(gè)條紋移過，則,例：熱脹儀測(cè)熱脹系數(shù),熔融水晶環(huán)，熱脹系數(shù)極小,垂直入射光,待測(cè)樣品,光學(xué)平面薄玻片，其上觀察條紋,加熱,空氣劈尖,四、測(cè)量極細(xì)絲的直徑(設(shè)光垂直入射）,例、在半導(dǎo)體元件生產(chǎn)中，為測(cè)定硅（Si）片上 SiO2 薄膜的厚度，將該膜一端削成劈尖狀，已知 SiO2 折射率 n=1.46 ，用波長(zhǎng)為 546.1nm 的綠光垂直照射，觀測(cè)到 SiO2 劈尖薄膜上出現(xiàn)7條暗紋圖，問 SiO2 薄膜厚度是多少（Si的折射率為3.42）

5、？,解：劈尖處是明紋，薄膜厚：,Si 3.45,SiO2 1.46,五、牛頓環(huán)：,1、結(jié)構(gòu)：曲率半徑較大的平凸透鏡M置于平板玻璃N之上，其間形成空氣劈尖。干涉花樣為以O(shè)為圓心的一組同心圓環(huán)。,2、原理：,由幾何關(guān)系有：,又：反射光有半波損失(光垂直入射),代入干涉公式,3、干涉花樣特點(diǎn),C、中心為暗。 D、白光照射時(shí)，中央暗，旁邊彩色。,A、內(nèi)環(huán)級(jí)次低，外環(huán)級(jí)次高；條紋內(nèi)疏外密。 B、透射光也有干涉，且條紋與反射光條紋明暗互補(bǔ)。,例題1-7,解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：,作業(yè)：P67 15、16,例題1-8,欲測(cè)一工件表面的不平度，用一平晶放在待測(cè)工件上，使其間形成空氣劈，如圖2-3(a)所示。以波

6、長(zhǎng)為,欲測(cè)一工件表面的不平度，用一平晶放在待測(cè)工件上，使其間形成空氣劈，如圖（a）示。以波長(zhǎng)為 的單色光垂直照射，現(xiàn)測(cè)得干涉條紋如圖(b)所示。問（1）不平處是凸的還是凹的？說明理由。（2）如果條紋寬度為b，條紋最大彎曲處與該條紋的間距為a，試求不平處的高度或深度。,(a),(b),例題1-8,欲測(cè)一工件表面的不平度，用一平晶放在待測(cè)工件上，使其間形成空氣劈，如圖2-3(a)所示。以波長(zhǎng)為,解：(1)不平處是凹的，因?yàn)橥患?jí)條紋上厚度相同，現(xiàn)在條紋往左凹，說明左邊有地方厚度和右邊相同。,質(zhì)平臺(tái)面上，使面與面緊密接觸， G1、 G2 上面用,【例1.9】 塊規(guī)是機(jī)械加工中常用的一長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，,一塊

7、透明平板T壓住。若G1、G2的高度不等，稍有,差異，則在T和G1、G2之間分別形成尖劈形空氣層，,它們?cè)趩紊庹丈湎赂鳟a(chǎn)生等厚干涉條紋。試求：,（1）設(shè)入射光的波長(zhǎng)為 632.8 nm，G1、G2 相隔為,l=5cm,T和G1、G2間干涉條紋的間距均為0.5mm，,G1、G2的高度差。怎樣判斷它們的長(zhǎng)短？,（2）若T和G1間的干涉條紋間距是0.5mm，T和G2,間距為0.3mm，這說明什么？,G1、G2 是同規(guī)號(hào)的塊規(guī)，G1 的長(zhǎng)度是標(biāo)準(zhǔn)的，G2,是待校準(zhǔn)的，校準(zhǔn)的方法如下：把 G1和G2放在鋼,輕壓蓋板T的中部, 兩處條紋疏密變化恰好相反。,條紋變密的一端塊規(guī)長(zhǎng)，條紋變疏的一端塊規(guī)短。,兩塊規(guī)距離 l 算出高度差。,【解】 （1）由條紋間距算出空氣層劈角 ，再由,例1.9,（2）這說明G2上下兩表面有不平行度，導(dǎo)致其上,表面并不嚴(yán)格平行G1的上表面，造成兩邊空氣層,劈角不等，用來量度不平行度的劈角差為,例1.9,習(xí)題1.17,解、,同理,（4）代入（3）得：,習(xí)題1.21,解：由牛頓環(huán)公式,可得：,(1)干涉級(jí)j隨著厚度d的增加而增大,隨著薄膜厚度的增加，任意一個(gè)指定的j級(jí)條紋將縮小其半徑，所以各條紋逐漸收縮而在中心處消失，膜厚d增加就相當(dāng)于金屬 的長(zhǎng)度在縮短。所以，看到牛頓環(huán)條紋移向中央時(shí)，表明C 的長(zhǎng)度在減少。,d0=10*632.8/2=