11.4 薄膜干涉.ppt

* 第五部分 波动光学 (第11章) 一 光的干涉 （11.1-4） 二 光的衍射（11.5-7） 三　光的偏振与其他 （11.8） Luo Yilin Department of Physics, STU May, 2010 Email: ylluo@stu.edu.cn 11.1 光的本性、光源 11.2 光的相干性 光程和光程差 11.3 分波阵面干涉 11.4 薄膜干涉 11.5 光的衍射 11.6 光栅衍射 11.7 圆孔的夫琅和费衍射 11.8 光的偏振现象 11.4 薄膜干涉 11.4.1 平行平面薄膜产生的干涉 11.4.2 楔形平面薄膜（劈尖）干涉 11.4.3 牛顿环 11.4.4 迈克耳孙干涉仪 利用透明薄膜的第一表面和第二表面对入射光的依次反射，得到两束相干光，这种干涉称为薄膜干涉． 11.4.1 平行平面薄膜产生的干涉 4 s 1 A C B D P L a b c d 2 3 5 e P L D C 3 4 E 5 A 1 B 2 反射光线的光程差： 反射光的光程差 利用 和 反射光的光程差 加 强 减 弱 P L D C 3 4 E 5 A 1 B 2 透射光的光程差 注意：透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律. 根据具体情况而定 P L D C 3 4 E 5 A 1 B 2 扩展光源不仅增大了干涉花样的亮度，而且不影响干涉花样的对比度．因为不与光线1平行的光线， 都不会在P点相遇。 等倾干涉:波膜厚度一定,入射角改变． Q L M P L Q M 干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环． 明 暗 圆环中心所对应的干涉级最高，可能是亮点，也可能是暗点．离圆心越远，干涉级越低．当增加膜的厚度时，圆环半径增大，且有圆环不断从中心向外冒出；当减小时，圆环半径减小，且有圆环不断陷入中心． 决定明暗条纹中心位置的关系式为： 平行光垂直入射， 介于空气和玻璃之间： 增反膜 增透膜 补充 例 一油轮漏出的油(折射率 =1.20)污染了某海域, 在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污. (1) 如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色? (2) 如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色? · 3 1 5 4 ? 反射光线2，3的光程差 透射光线4，5的光程差 有附加光程差 有附加光程差 反射光没有附加光程差 有附加光程差 没有附加光程差 透射光有附加光程差 2 3 1 5 4 ? 解 (1) 绿色 红外 紫外 反射光的光程差 透射光的光程差 (2) 透射光的光程差 红光 紫光 紫红色 11.4.2 楔形平面薄膜（劈尖）干涉 光程差公式（近似） b S 1 2 3 P a c A B C D 当入射光是平行光时， 是个常量，光程差 仅由膜厚 决定，这时干涉条纹与薄膜的等厚线平行，这种干涉称为等厚干涉. 实际上常使 S L M T 明纹 暗纹 例2 在半导体元件生产中，为了测定硅（ ）表面（ ）薄膜的厚度，可将氧化后的硅片用很细的金刚砂磨成如图所示的楔形并做清洁处理后进行测试,已知 和 的折射率分别为 和 ，用波长为 的钠光照射，观测到 楔形膜上出现7条暗纹．如图所示，图中实线表示暗纹，第7条暗纹在斜坡的起点M.问 薄膜的厚度是多少？ 解1: 这是一个劈尖干涉问题 7 6 5 4 3 2 1 M O 故O处为明纹． 条纹间隔数为6.5 7 6 5 4 3 2 1 M O Si SiO2 O M 解2：由暗纹条件 e = (2k+1)? /4n ? = 2ne = (2k+1）? /2 (k=0,1,2…) 知,第7条暗纹对应于k=6,代入上式得 = 1.31(?m) 所以SiO2薄膜的厚度为1.31 ?m。 注意：没有半波损失！ 1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用 材料的热膨胀系数为： 温度 长度 N从条纹移动可数 2）测膜厚 条纹数 空气 3）检验光学元件表面的平整度 4）测细丝的直径 1. 牛顿环实验装置 牛顿环干涉图样 显微