204 薄膜的等厚干涉.ppt

* 薄膜的等厚干涉 一、薄膜干涉 如图，相干光在 B 点的光程差为： 而 得 利用 得薄膜干涉相遇点光程差： i ① ② 如果点光源 S 与薄膜相距很远，上式也适用。 讨论 （1）如果平行光入射薄膜表面 当平行光垂直入射薄膜表面时，薄膜干涉相遇点光程差为： （2）当薄膜厚度一定时 薄膜厚度相同处，光程差相同，对应同一条干涉条纹。这种干涉称等厚干涉。 每一干涉条纹与一入射角对应，称这类干涉为等倾干涉。 产生等倾干涉，光源必须是扩展光源。且在透镜焦平面上观察干涉条纹。 i 考虑同一入射面内所有相同入射角的光线 同一入射角的入射光线 反射后会聚于同一点 形成一圆锥 2、等厚干涉应用举例 （1）增透膜 增透膜是使膜上下两表面的反射光干涉满足减弱条件。如 MgF2 薄膜。 平行光垂直入射时，相干光的光程差为 增透条件： （2）增反膜 增反膜是使膜上下两表面的反射光干涉满足加强条件。 MgF2 薄膜的增反条件： 高反膜 如图的多层膜： 对于 ZnS 来说，增反条件为： 对于 MgF2 来说，增反条件为： 用单色平行光垂直照射劈尖，形成的等厚干涉条纹出现在平行于劈棱的相同厚度的位置上。 （3）劈尖 明暗纹条件： 明 暗 · 劈棱处为暗纹还是明纹？ 讨论 · 相邻明（暗）纹薄膜厚度差 · 相邻条纹间距 · 把劈尖上表面向上缓慢平移，有何现象？ 因为劈尖角不变，条纹间距不变。 · 把劈尖角逐渐增大 因为劈尖角变大，条纹间距变小。 劈尖上表面向上缓慢平移时等光程差处向劈棱处移动，条纹向劈棱处移动。 因为劈尖角增大时等光程差处向劈棱处移动，条纹向劈棱处挤。 劈尖上总条纹数不变。 劈尖上总条纹数变多。 播放动画 播放动画 例1、测量钢球直径 用波长为589.3nm的钠黄光垂直照射长 L=20mm 的空气劈尖，测得条纹间距为1.18×10-4 m。求：钢球直径d。 解： 例2、在半导体元件生产中，为测定硅（Si）片上 SiO2 薄膜的厚度，将该膜一端削成劈尖状，已知 SiO2 折射率 n=1.46 ，用波长为 546.1nm 的绿光垂直照射，观测到 SiO2 劈尖薄膜上出现7条暗纹图，问 SiO2 薄膜厚度是多少（Si的折射率为3.42）？ 解：劈尖处是明纹，薄膜厚： 劈尖的另一作用：检测待测平面的平整度 依据：同一条纹对应的空气薄膜厚度相同 待测平面 光学平板玻璃 例3、为检测某一工件的表面光洁度，在它表面上放一块标准平面玻璃，一端垫一小片锡箔，使平板玻璃与待测物之间形成空气劈尖，用通过绿色滤片的波长为550nm的光垂直照射，观测到一般干涉条纹间距l=2.34mm，但某处条纹弯曲如图所示，其弯曲最大畸变量a=1.86mm。问：该处工件表面有怎样的缺陷，其深度（或高度）如何？ 解： 将一块半径很大的平凸镜与一块平板玻璃叠放在一起，二者之间便形成类似劈尖形的空气层。用单色平行光垂直照射，在空气层上表面两束反射光干涉，产生的干涉条纹称牛顿环。 ① ② 空气薄膜厚度相同处光程差相同，所以牛顿环为一系列同心圆环。 （4）牛顿环 ① ② 讨论： 明纹 暗纹 · 牛顿环中心是明的还是暗的？ · 明暗纹条件： · rk 与 ek 间的关系 * * *