[理学]大学物理学之_薄膜干涉.ppt

第十四章 波动光学 物理学教程 （第二版） 14 － 3 薄膜干涉 * A B 一、透镜不引起附加的光程差 A B 焦平面 费马原理导出的重要结论：物点和像点之间各光线的光程都相等。即物像之间等光程。 P L 一 薄膜干涉的光程差 D C 3 4 E 5 A 1 B 2 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 光程差决定于入射角，焦平面上同一干涉条纹上各亮点（暗点）对应相同的入射角。 等倾干涉条纹 当光线垂直入射时 且当 时 当 时 注意 当光垂直入射到薄膜时，干涉加强或减弱由薄膜厚度决定。干涉加强时可观察到一片亮，减弱时可观察到一片暗。无干涉条纹！！！ 例1 在金属铝的表面，经常利用阳极氧化等方法形成一层透明的氧化铝 ( Al2 O3 ) 薄膜，其折射率n = 1.80.设一磨光的铝片表面形成了厚度d ＝ 250nm的透明氧化铝薄层，问在日光下观察，其表面呈现什么颜色？（设白光垂直照射到铝片上，铝的折射率小于氧化铝的折射率） 解： 1 2 d n 铝 表面呈橙红色 例 一油轮漏出的油( )污染了某海域, 在海水 ( )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? 解：（1） 飞机驾驶员观察到的是反射光的干涉现象 干涉加强： 舍去 绿色 舍去 飞机驾驶员观察到油层呈绿色。 例 一油轮漏出的油( )污染了某海域, 在海水 ( )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）如果一潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色? 解：（2） 潜水员观察到的是透射光的干涉现象 干涉加强： 舍去 红色 潜水员观察到油层呈紫红色。 有半波损失 无半波损失 紫色 舍去 玻璃 氟化镁为增透膜 增透膜和增反膜 利用薄膜干涉还可以提高或降低光学器件的透光率. 例 2 为了增加透射率 , 求氟化镁膜的最小厚度. 已知空气 , 氟化镁 , 2 3 解 减弱 取 则 （增强） 有半波损失 劈尖角 二 劈 尖 明纹 暗纹 S M θ 很小，入射光垂直入射. 空气劈尖 （明纹） （暗纹） 劈尖干涉 讨论 1）棱边 为暗纹. 3）条纹间距（明纹或暗纹） 2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差 劈尖干涉 每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度， (等厚干涉条纹）当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动. 4 ）干涉条纹的移动 例 有一玻璃劈尖 , 放在空气中 , 劈尖夹角 , 用波长 的单色光垂直入射时 , 测得干涉条纹的宽度 , 求 这玻璃的 折射率. 解 例 波长为680nm的平行光垂直地照射到12cm长的两块玻璃片上，两玻璃片一边相互接触，另一边被厚0.048mm的纸片隔开，试问在这l2cm内呈现多少条明条纹? 解： b 2 l tanq = b 2 l tanq = d/L 2 l = d 2 l = L = 680×120 2×0.048 =0.85 (mm) L d q 棱处为暗条纹 141条明条纹 L k= = =141 120 0.85 b 2）测膜厚 1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用 Si 空气 3）检验光学元件表面的平整度 4）测细丝的直径 例：用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖 上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为 L 处是暗 纹，使劈尖角 连续变大，直到该处再次出