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薄膜干涉等厚条纹5

n1 n2 n3 §17-5 薄膜干涉—等厚条纹 1. 等厚干涉条纹 i b a a’ b’ A B C 当一束平行光入射到厚度不均匀的透明介质薄膜上,如图所示,两光线 a 和b 的光程差: 当 i 保持不变时,光程差仅与膜的厚度有关,凡厚度相同的地方光程差相同,从而对应同一条干涉条纹--- 等厚干涉条纹。 为此,明纹和暗纹出现的条件为: 明纹 暗纹 实际应用中,通常使光线 垂直入射膜面, 即 ,光程差公式简化为: 等厚干涉条纹 :为因为半波损失而生产的附加光程差。 当薄膜上、下表面的反射光都存在或都不存在半波损失时,其光程差为: 当反射光之一存在半波损失时,其光程差应加上附加光程 ?/2 ,即: 等厚干涉条纹 劈尖:薄膜的两个表面是平面,其间有很小夹角。 2. 劈尖膜 2.1 劈尖干涉光程差的计算 ?=2ne ? ? n · A 反射光2 反射光1 入射光(单色平行光垂直入射) e 空气介质 +?/2 当光从光疏介质入射到光密介质的表面反射时 劈 尖 膜 B 2.2 劈尖明暗条纹的判据 当光程差等于波长的整数倍时,出现干涉加强的现象,形成明条纹;当光程差等于波长的奇数倍时,出现干涉减弱的现象,形成暗条纹。 明纹 暗纹 劈 尖 膜 …… 2.3 劈尖干涉条纹的特征 (1)明、暗条纹处的膜厚: 一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。 劈 尖 膜 2.3 劈尖干涉条纹的特征 (2)相邻明纹(或暗纹)所对应的薄膜厚度之差 ?e = ek+1-ek = (2k+1)?/4n - (2k-1)?/4n = ?/2n 相邻明纹(或暗纹)所对应的薄膜厚度之差相同。 e k ek+1 ?e ? 明纹 暗纹 劈 尖 膜 2.3 劈尖干涉条纹的特征 (3)两相邻明纹(或暗纹)的间距 结论: a.条纹等间距分布 b.夹角?越小,条纹越疏;反之则密。如?过大,条纹将密集到难以分辨,就观察不到干涉条纹了。 L= ?e/sin ? ≈ ?e/ ? ≈ ?/2n? ? L ?e 明纹 暗纹 L ?e ? 劈 尖 膜 2.3 劈尖干涉条纹的特征 劈尖干涉条纹是一系列明暗相间的、等间距分布的、平行于棱边的平直条纹。 劈尖干涉条纹 劈 尖 膜 例1 在半导体元件生产中,为了测定硅片上SiO2薄膜的厚度,将该膜的一端腐蚀成劈尖状,已知SiO2 的折射率n =1.46,用波长? =5893埃的钠光照射后,观察到劈尖上出现9条暗纹,且第9条在劈尖斜坡上端点M处,Si的折射率为3.42。试求SiO2薄膜的厚度。 Si SiO2 O M 解:由暗纹条件 e = (2k+1)? /4n ?= 2ne = (2k+1)? /2 (k=0,1,2…) 知,第9条暗纹对应于k=8,代入上式得 = 1.72(?m) 所以SiO2薄膜的厚度为1.72 ?m。 劈 尖 膜 例2 为了测量金属细丝的直径,把金属丝夹在两块平玻璃之间,形成劈尖,如图所示,如用单色光垂直照射 ,就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹的间距,就可以算出金属丝的直径。某次的测量结果为:单色光的波长? =589.3nm金属丝与劈间顶点间的距离L=28.880mm,30条明纹间得距离为4.295mm,求金属丝的直径D? L D 劈 尖 膜 解 相邻两条明纹间的间距 其间空气层的厚度相差为?/2于是 其中?为劈间尖的交角,因为? 很小,所以 代入数据得 劈 尖 膜 . S 分束镜M 显微镜 o 牛顿环 装置简图 平凸透镜 平晶 牛顿环:一束单色平行光垂直照射到此装置上时,所呈现的等厚 条纹是一组以接触点O为 中心的同心圆环。 牛顿环光程差的计算 牛顿环干涉条纹的特征 牛顿环的应用 3.牛顿环 3.1 牛顿环实验装置及光路 3.2 反射光光程差的计算 ? = 2e + ? /2 e A 牛顿环 1 2 3.3 牛顿环干涉条纹的特征 (1) 明暗条纹的判据 r R e 0 由几何关系可知 (R – e)2+r2=R2 R2 - 2Re + e2 + r2=R2 e = r2/2R 牛顿环 3.3 牛顿环干涉条纹的特征 k=0,r =0 中心是暗斑 …… 牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。 牛顿环 3.3 牛顿环干涉条纹的特征 (2) 相邻暗环的间距 内疏外密 牛顿环 3.3 牛顿环干涉条纹的特征 牛顿环干涉是一系列明

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