《等厚干涉》PPT課件.ppt

等厚干涉InterferenceinThinFilm 厚度均勻薄膜在無(wú)窮遠(yuǎn)處的等傾條紋 13 1 4薄膜干涉 filminterference 薄膜干涉是分振幅干涉 常見薄膜干涉 肥皂泡上的彩色 雨天地上油膜的彩色 昆蟲翅膀的彩色 膜為何要薄 光的相干長(zhǎng)度所限 膜的薄 厚是相對(duì)的 與光的單色性好壞有關(guān) 普遍地討論薄膜干涉是個(gè)極為復(fù)雜的問題 厚度不均勻薄膜表面的等厚條紋 半波損失 產(chǎn)生半波損失的條件 光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì) 即n1 n2 半波損失只發(fā)生在反射光中 對(duì)于三種不同的媒質(zhì) 兩反射光之間有無(wú)半波損失的情況如下 n1n2 n3無(wú)n1n3有n1 n2 n3有 情況1 n1 n2 n3 有 有 沒有 情況2 n1 n2 n3 無(wú) 無(wú) 沒有 情況3 n1n3 有 無(wú) 有 情況4 n1 n2 n3 無(wú) 有 有 1 薄膜的等厚干涉光程差的計(jì)算 薄膜干涉一般分為兩類 即等傾干涉和等厚干涉 在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行 厚度為e的均勻介質(zhì)n2 n1 用擴(kuò)展光源照射薄膜 其反射和透射光如圖所示 L 薄膜干涉 反射光的光程差 加強(qiáng) 減弱 透射光的光程差 注意 透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性 符合能量守恒定律 當(dāng)光線垂直入射時(shí) 當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) 解 1 綠色 2 透射光的光程差 紅光 紫光 2 不均勻薄膜表面的等厚條紋 劈尖 wedgefilm 劈形膜 夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜叫劈尖 A 1 2兩束反射光 例如在膜面上 A點(diǎn) 來(lái)自同一束入射光 它們可以產(chǎn)生干涉 明紋 暗紋 實(shí)際應(yīng)用中 大都是平行光垂直入射到劈尖上 3 條紋間距 明紋或暗紋 2 相鄰明紋 暗紋 間的厚度差 每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度 當(dāng)此厚度位置改變時(shí) 對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng) 4 干涉條紋的移動(dòng) 討論 1 含義 劈尖張角越小 干涉條紋越稀疏 劈尖張角越大 干涉條紋越密集 2 d減小 干涉條紋右移d增大 干涉條紋左移 3 劈尖張角不變 平行移動(dòng)劈上表面時(shí) 干涉條紋左移 劈尖干涉的應(yīng)用 3 檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度 4 測(cè)細(xì)絲的直徑 一 點(diǎn)光源照明時(shí)的干涉條紋分析 L f P o r環(huán) B i r A C D 2 1 S i i i 光束1 2的光程差 得 膜厚均勻 e不變 3薄膜等傾條紋 equalinclinationfringes 或 明紋 暗紋 相同傾角i對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋 光程差決定于傾角 條紋特點(diǎn) 越靠近中心 級(jí)次越高中心處干涉級(jí)最高 傾角i相同的光線對(duì)應(yīng)同一條干涉圓環(huán)條紋 二 面光源照明時(shí) 干涉條紋的分析 只要入射角i相同 都將匯聚在同一個(gè)干涉環(huán)上 非相干疊加 觀察等傾條紋的實(shí)驗(yàn)裝置和光路 等傾干涉 1 薄膜厚度均勻2 常采用面光源提供入射光3 干涉條紋在無(wú)窮遠(yuǎn)處 用透鏡匯聚 4 相同傾角i的入射光 經(jīng)膜的上下表面發(fā)射后產(chǎn)生的相干光束具有相等的光程差 位于同一條干涉條紋上 5 干涉條紋通常為一組明暗相間的同心環(huán) 愈往中心 條紋級(jí)別愈高 等傾干涉 4 簿膜干涉的應(yīng)用 1 牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成 光程差 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置 光程差 暗紋 干涉條紋特征 4 已知 可求出R 3 相鄰兩暗環(huán)的間隔 干涉環(huán)間距不等 內(nèi)疏外密 5 已知R可求 愈往邊緣 條紋級(jí)別愈高 1 6 透射光與之互補(bǔ) 測(cè)量透鏡的曲率半徑 例3用氦氖激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為633nm的單色光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn) 測(cè)得第個(gè)k暗環(huán)的半徑為5 63mm 第k 5暗環(huán)的半徑為7 96mm 求平凸透鏡的曲率半徑R 解 2 牛頓環(huán)的應(yīng)用 測(cè)透鏡球面的半徑R 已知 測(cè)m rk m rk 可得R 測(cè)波長(zhǎng) 已知R 測(cè)出m rk m rk 可得 檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量 若條紋如圖 說明待測(cè)透鏡 球表面不規(guī)則 且半徑有誤差 依據(jù)公式 等厚干涉總結(jié) 1 薄膜厚度不均勻 不相等 2 入射光為平行單色光3 干涉條紋在薄膜表面4 同一等厚線上形成同一級(jí)次的干涉條紋5 等厚條紋通常為與棱邊平行的明暗相間的直條紋 6 相鄰干涉條紋對(duì)應(yīng)的膜厚度差7 干涉條紋間距相等 劈尖薄膜干涉 牛頓環(huán) 明暗相間的同心圓環(huán) 條紋間距不等 內(nèi)疏外密 條紋公式 例 折射率n 1 50的玻璃表面涂一層MgF2 n 1 38 為使它在5500 波長(zhǎng)處產(chǎn)生極小反射 這層膜應(yīng)多厚 最薄的膜k 0 此時(shí) 解 假定光垂直入射 n1 n n2 不加 2 k 0 1 2 暗條紋 2 增透膜 此膜對(duì)反射光相干相長(zhǎng)的條件 可見光波長(zhǎng)范圍400 700nm 波長(zhǎng)412 5nm的可見光有增反 問 若反射光相消干涉的條件中取k 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 如 照相機(jī)鏡頭呈現(xiàn)藍(lán)紫色 消除黃綠色的反射光 例2 已知如圖 玻璃的折射率n2 1 5 氧化膜折射率n1 2 21 膜的厚度為t 用 632 8nm的激光垂直照射 從A到B出現(xiàn)11條暗紋 且A處恰為一暗紋 求膜的厚度t 玻璃 氧化膜 解 令k 10 代入數(shù)據(jù)得 k 0 為第一條 單色光源 反射鏡 反射鏡 13 1 5邁克耳遜干涉儀 光程差 反射鏡 反射鏡 單色光源 邁克爾孫干涉儀的主要特性 兩相干光束在空間完全分開 并可用移動(dòng)反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差 移動(dòng)反射鏡 干涉條紋的移動(dòng) 當(dāng)與之間距離變大時(shí) 圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長(zhǎng)出 并向外擴(kuò)張 干涉條紋變密 距離變小時(shí) 圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)向中心縮進(jìn) 干涉條紋變稀 例 在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長(zhǎng)的玻璃管A B 其中一個(gè)抽成真空 另一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過程中觀察到107 2條條紋移動(dòng) 所用波長(zhǎng)為546nm 求空氣的折射率 解 設(shè)空氣的折射率為n 相鄰條紋或說條紋移動(dòng)一條時(shí) 對(duì)應(yīng)光程差的變化為一個(gè)波長(zhǎng) 當(dāng)觀察到107 2條移過時(shí) 光程差的改變量滿足 B管中原光程為 充以空氣后光程變?yōu)?光程改變?yōu)?邁克耳遜干涉儀的兩臂中便于插放待測(cè)樣品 由條紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù) 精度高 小結(jié) 1 相干光相