用迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度

用迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度黄志华耿传飞罗辉（重庆交通大学理学院重庆南岸400074）摘要在大学物理基础实验课上做过用迈克尔孙干涉仪测量光的波长的实验，已经了解了迈克尔孙干涉仪的原理和使用方法。而且在教材中见到过“将折射率为N的薄膜放在迈克尔逊干涉仪的动镜位置,干涉条纹会移动,当测得移动条数为N条时,若光源的波长为,求薄膜的厚度”之类的习题。于是，我们可以用类似的方法来测量薄膜的厚度。关键词迈克尔逊薄膜厚度干涉条纹波长1原理在大学物理基础实验课上做过用迈克尔孙干涉仪测量光的波长的实验，已经了解了迈克尔孙干涉仪的原理和使用方法。而且在教材中见到过“把折射率为N的薄膜放在迈克尔逊干涉仪的一臂上,由此干涉条纹产生移动,测得共移动N条,若光源的波长为,求薄膜的厚度”的习题。实际上由于薄膜的引入,导致干涉条纹的移动是个突变过程,无法测出干涉条纹移动的条数N。但这并非说不能利用迈克尔逊干涉仪测量薄膜的厚度,利用迈克尔逊干涉仪不仅可以测量透明介质膜的厚度,而且还可测量金属膜的厚度。用钠双线（波长5889963NM,25895930NM）照射到迈克尔孙干涉1仪上。在视场中可以观察到干涉条纹的可见度随着光程差的改变而发生“极大极小极大”周期性变化。可以计算，当二光路程差改变S2/2988时，也就是迈克尔孙干涉仪的动镜M1连续移动111L988/21时，干涉条纹的可见度发生一个周期变化，当M1连续发生2L2988/21时，干涉条纹的可见度发生两个周期变化。当M1连续移动KLK988/21时，干涉条纹发生K个周期变化。因此，可以把L988/21当做一把尺子，它的长度L988/2129096417（微米）尺子上的最小刻度是12/4029464733（微米）。因此，可以利用这把尺子来测量薄膜的厚度，例如，已知道折射率的透明薄膜材料，不透明的金属薄膜。调节干涉仪的动镜M1,使M1M2，用钠光源照射，在视场中能观察到明暗的干涉条纹，由于双线结构导致干涉条纹可见度发生周期性变化，有公式VE大E小/E大E小可以认为V0当V0到下一个V0动镜移动了L988/2R1,两光路程差改变了S988R1,共发生2988次明暗变化。如果动镜表面不平整，二有高度为H的一个台阶，由于光程差的差异会在视场中观察到左右的干涉条纹分布情况不同，当调节动镜位置使视场中左边可见度为0，右边仍能观察到干涉条纹，继续平行移动动镜位置，直到右边干涉条纹消失。动镜移动距离D满足K988/2HDK1,2,311当K1时，D0,H988/2,这时可见度发生一个周期变化。1当H01当988/201当（K1）988/201根据（1）式,确定K,测出D,就可以求出薄膜厚度H。2方法1）制作适宜的金属薄膜。为了使反射面出现台阶，可用一薄膜遮挡基片的一部分，形成台阶，并且，台阶的高度就是薄膜的厚度。2）确定K值。3）用制作的薄膜片代替动镜M1,调节位置，使左边可见度为0，再继续调节位置，直到右边为0此时DN/22/2N是亮环的变化数目13实验数据硅上镀铝膜H50微米次数NH微米191502149836291552135111391552135111491602120387591502149836平均915421380562确定K1绝对误差DS000752微米相对误差DT0035。结果表达H21380562000752（微米）作者简介黄志华男本科数学专业EMAIL774659368QQCOM耿传飞男本科数学专业罗辉男本科数学专业参考文献1周平胡成华基础物理实验北京邮电大学出版社200711