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* 薄膜干涉 劈尖干涉牛顿环 单色光以入射角 i 从折射率为 n1介质 进入折射率为n2 的介质, i ① ② 一、薄膜干涉 d i r ① ② i 在薄膜的上下两表面产生的反射光 ①光、② 光,满足相干光的 几 个条件,能产生干涉,经透镜汇聚,在焦平面上产生等倾干涉条纹。 从焦点 P 到 CD 波面,两条光的光程差为 0,则在未考虑半波损失时① 光、② 光的光程差为: d i i r ① ② i 由折射定律 考虑半波损失: i ① ② 光程差不附加 光程差附加 未考虑半波损失时 光程差 干涉的加强减弱条件: 加强 减弱 1.如果照射到薄膜上的是平行入射光,入射角一定,则不同的薄膜厚度就有不同的光程差,也就有不同的干涉条纹。这种一组干涉条纹的每一条对应薄膜一厚度的干涉,称为等厚干涉。 2.如果光源是扩展光源,每一点都可以发出一束近似平行的光线,以不同的入射角入射薄膜,在反射方向上放一透镜,每一束平行光会在透镜焦平面上会取聚一点。当薄膜厚度一定时,在透镜焦平面上每一干涉条纹都与一入射角对应,称这种干涉为等倾干涉。 用同样的办法可以推导透射光的光程差。 讨论: 光学镜头为减少反射光,通常要镀增透膜。 二、薄膜干涉的应用 1.增透膜 在光学器件中,由于表面上的反射与透射,在器件表面要镀膜,来改变反射与透射光的比例。可有增透膜,增反膜。 例如:较高级的照相机的镜头由 6 个透镜组成,如不采取有效措施,反射造成的光能损失可达 45%~90%。为增强透光,要镀增透膜,或减反膜。 复杂的光学镜头采用增透膜可使光通量增加 10 倍。 光学镜头为减少透光量,增加反射光,通常要镀增反膜。 使两束反射光满足干涉加强条件: 2.增反膜 由于反射光最小,透射光便最强。 增反膜是使膜上下两表面的反射光满足干涉相长条件。 增透膜是使膜上下两表面的反射光满足减弱条件。 例:为增强照相机镜头的透射光,往往在镜头(n3=1.52)上镀一层 MgF2 薄膜(n2=1.38),使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光 ? = 555 nm 反射最小,假设光垂直照射镜头,求:MgF2 薄膜的最小厚度。 解: 不考虑半波损失。 k=1,膜最薄 用单色平行光垂直照射玻璃劈尖。 由于单色光在劈尖上下两个表面后形成 ①、 ② 两束反射光。满足干涉3个条件,由薄膜干涉公式: ① ② 干涉条纹为平行于劈棱的一系列等厚干涉条纹。 三、劈尖干涉 有: 加强 减弱 1.劈棱处 光程差为 劈棱处为暗纹 2.第 k 级暗纹处劈尖厚度 由 dk=0, 3.相邻暗纹劈尖厚度差 4.相邻条纹间距 这个结论对明纹、暗纹均成立。 劈尖干涉条纹是从棱边暗纹起,一组明暗相间的等间隔直线条纹。 2).检测待测平面的平整度 由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同,当待测平面上出现沟槽时条纹向左弯曲。 待测平面 光学平板玻璃 1).测量微小物体的厚度 将微小物体夹在两薄玻璃片间,形成劈尖,用单色平行光照射。 由 有 5.劈尖干涉的应用 例.在 Si 的平面上形成了一层厚度均匀的 SiO2 的薄膜,为了测量薄膜厚度,将它的一部分腐蚀成劈形(示意图中的 AB 段)。现用波长为 600.0nm 的平行光垂直照射,观察反射光形成的等厚干涉条纹。在图中 AB 段共有 8 条暗纹,且 B 处恰好是一条暗纹,求薄膜的厚度。( Si 折射率为 3.42, SiO2 折射率为 1.50 )。 SiO2膜 解:上下表面反射都有半波损失,计算光程差时不必考虑附加的半波长,射膜厚为 e B处暗纹 B 处第 8 条暗纹对应上式 将一块半径很大的平凸镜与一块平板玻璃叠放在一起。 ① ② 三、牛顿环 牛顿环 该干涉条纹是中心为一暗点,明暗相间逐渐变密的一系列同心圆。 用单色平行光垂直照射,由平凸镜下表面和平板玻璃上表面两束反射光干涉,产生牛顿环干涉条纹。 ① ② 设 加强 减弱 ①、 ②两束反射光的光程差附加 项。 中心 dk=0, 为暗斑。 1. 与 间的关系 其它位置 加强 减弱 2.牛顿环半径 明环由 暗环由 条纹不是等距分布。牛顿环中心为暗环,级次最低。离开中心愈远,光程差愈大,圆条纹间距愈小,即愈密。 3.牛顿环应用 检测光学镜头表面曲率是否合格 将玻璃验规盖于待测镜头上,两者间形成空气薄层,因而在验规的凹表面上出现牛顿环,当某处光圈偏离圆形时,则该处有不规则起伏。 验规
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