光学2(薄膜干涉).ppt

* 有关考试 考试时间:12月10日（星期四）14:00-15:40 地点：3415,3416（西） 考试内容： 14、15章占45%；17章占55% （带*章节不属于考试范围） 日常生活中的一些现象 §12.3 分振幅干涉 n 3 d 反射光线 2，3的光程差： 1、薄膜上、下表面反射光的干涉： 2 反射光2和3有“半波损失”吗 ？ 所以2，3的实际光程差为： 反射光2有“半波损失”，3没有！ 1 空气 一、薄膜干涉 （分振幅法获取相干光） 考虑到“半波损失” 干涉明纹 干涉暗纹 等厚干涉： 当入射光的波长一定时，厚度相同的地方干涉结果也相同，这种干涉称为等厚干涉。 膜为何要薄？ 讨论： 光的相干长度所限。膜的薄、厚是相对的，与光的单色性好坏有关。 规律：若三种介质的折射率分别为 并如图排列 如果两束光线都没有半波损失，或者都有半波损失，或者其中一束有偶数次半波损失，则光程差不附加 两束光线，经过不同光程后叠加，如果只有一束光线在传播过程中有半波损失，则光程差应附加 ；； 否则必须考虑“半波损失”，即 1 3 2 d 反射光线 2，3的光程差不考虑“半波损失”，即： 说明： 反射光的干涉加强时，透射光的干涉减弱。 2、薄膜中透射光的干涉： d n 1 2 3 透射光线 2，3的光程差 明纹 暗纹 与 相差 ，即： 空气 e 空气 油污 海水 例 求 解 一油轮漏出的油(n1 =1.20 )污染了某海域，在海水(n2 =1.30 )表面形成一层薄薄的油污。油层厚度为 e =460nm， (1)若一飞行员从上向下观察， 则油层呈什么颜色？ (2)若某潜水员从水下向上观察，则油层呈什么颜色？ (1)两反射光均有“半波损失”，则反射光干涉加强的条件为 飞行员看到油膜呈绿色 将n1 =1.20 ， e =460nm代入得 绿光 红外区 紫外区 2 3 1 (2)透射光干涉加强（即反射光干涉减弱）的条件为 潜水员看到油膜呈紫红色 将n1 =1.20 ， e =460nm代入得 红光 红外 紫光 或 紫外 e 空气 油污 海水 1 3 2 d 波长550nm黄绿光对人眼和照像底片最敏感。要使照像机对此波长反射小，可在照像机镜头上镀一层氟化镁MgF2薄膜，已知氟化镁的折射率n1=1.38，玻璃的折射率n2=1.55。 黄绿光反射干涉减弱的条件 MgF2薄膜的最小厚度 例 求 解 MgF2薄膜的最小厚度d。 2 3 1 MgF2 二、薄膜的等厚干涉 一组平行光（即入射角i一定）投射到薄厚不均匀的薄膜上，其光程差随着厚度e而变化，厚度相同的区域，其光程差相同，因而这些区域就出现同一级的干涉条纹，故称为等厚干涉。 S S S 1、劈尖干涉 e 明纹 暗纹 棱边处（ e = 0）： 暗纹 干涉条纹 （劈尖折射率为n） 为什么不考虑玻璃厚度对光程差的影响 ？ 因为玻璃板的厚度d为常数，入射角i也等于常数，使得劈尖上、下两界面的反射光在玻璃中经历了同样的光程，所以可以将玻璃简化为一个几何面。 相邻明纹（或暗纹）处劈尖的厚度差： （ ：条纹间距） 条纹特点： （2）透射光干涉条纹的明暗位置与反射光情形刚好相反； （1）明暗相间平行于棱边的直条纹； （3）相邻明（暗）纹厚度差是劈尖薄膜中的波长的一半； （4）相邻条纹之间对应的劈尖厚度差或间距l均与有无半 波损失无关，半波损失仅影响何处呈明纹与暗纹。 （5）? 越小，L 越大，条纹越稀；? 越大，L 越小， 条纹越密。当?大到某一值，条纹密不可分，无干涉。 （6）当厚度变化时，干涉条纹会发生移动：薄膜增厚，条 纹向棱边移动；反之，则远离棱边。 等厚条纹 待测工件 平晶 d (2) 检测表面不平整度 (1)可测量小角度、小位移、微小直径、波长等 劈尖干涉的应用： ↑ 条纹变密； ↑ 条纹变密 例 求 解 在两块玻璃片之间一边放一条厚纸，另一边相互压紧，沿垂直于玻璃片表面的方向看去，看到相邻两条暗条纹间距为1.4mm．已知玻璃片长为17.9cm，纸厚为0.036mm。 光波的波长。 d 两块玻璃之间为空气劈尖，其相邻两条暗条纹间距为 由于θ很小 例 求 解 为了测量一根细金属丝的直径d，按图办法形成空气劈尖，用单色光照射形成等厚干涉条纹，用读数显微镜测出干涉明条纹的间距，就可以算出d。已知:单色光波长为589.3 nm，金属丝与劈尖顶点的距离L=28.880 mm，第1条明条纹到第31条明条纹的距离为4.295 mm。 由题知 直径 d 金属丝直径 d 利用等厚干涉可以测量微小