薄膜干涉等厚条纹PPT学习教案

1、会计学1薄膜干涉等厚条纹薄膜干涉等厚条纹 当薄膜上、下表面的反射光都存在或当薄膜上、下表面的反射光都存在或都不存在半波损失时，其光程差为都不存在半波损失时，其光程差为:222enen22 当反射光之一存在半波损失时，其光程当反射光之一存在半波损失时，其光程差应加上附加光程差应加上附加光程 /2 ,即：即：等厚干涉条纹等厚干涉条纹第1页/共24页：薄膜的两个表面是平面：薄膜的两个表面是平面, ,其间有很小夹角。其间有很小夹角。2. 劈尖膜劈尖膜第2页/共24页=2ne nA反射光反射光2反射光反射光1入射光入射光(单色平行单色平行光垂直入射光垂直入射)e空气介质空气介质+/2当光从光疏介质当光从

2、光疏介质入射到光密介质入射到光密介质的表面反射时的表面反射时劈劈 尖尖 膜膜B第3页/共24页 当光程差等于波长的整数倍时，出现干涉加强的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，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。出现干涉减弱的现象，形成暗条纹。,.)2 , 1 , 0(212,.)3 , 2 , 1(22kkkkne明纹明纹暗纹暗纹劈劈 尖尖 膜膜第4页/共24页2.3 劈尖干涉条纹的特征劈尖干涉条纹的特征（1）明、暗条纹处的膜厚：）明、暗条纹处的膜厚：暗纹暗纹（明纹明纹.)2 , 1 , 02/.)3

3、 , 2 , 1(4/ ) 12(knkknke棱边呈现暗纹棱边呈现暗纹00ek第一级暗纹第一级暗纹第一级明纹第一级明纹nnek2/4/1第二级暗纹第二级暗纹第二级明纹第二级明纹nnek/4/32一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。劈劈 尖尖 膜膜第5页/共24页（2 2）相邻明纹（或暗纹）所对应的薄膜厚度之差）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）相邻明纹（或暗纹）所对应的薄膜厚度之差所对应的薄膜厚度之差相同。相同。e ke ek+1k+1

4、e 明纹明纹暗纹暗纹劈劈 尖尖 膜膜第6页/共24页（3）两相邻明纹（或暗纹）的间距）两相邻明纹（或暗纹）的间距结论结论： a.a.条纹等间距分布条纹等间距分布 b.b.夹角夹角 越小，条纹越疏；反之则密。如越小，条纹越疏；反之则密。如 过大过大，条纹将密集到难以分辨，就观察不到干涉条纹了，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明纹明纹暗纹暗纹L e 劈劈 尖尖 膜膜第7页/共24页 劈尖干涉条纹是一系列明暗相间的、等间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。距分布的、平行于棱边的平直条纹。劈尖干涉条纹劈尖干涉条纹劈劈 尖

5、尖 膜膜第8页/共24页 例例1 1 在半导体元件生产中，为了测定硅片上在半导体元件生产中，为了测定硅片上SiOSiO2 2薄膜的厚度，将该膜的一端腐蚀成劈尖状，已知薄膜的厚度，将该膜的一端腐蚀成劈尖状，已知SiOSiO2 2 的折射率的折射率n n =1.46=1.46，用波长，用波长 =5893=5893埃的钠光照射后，埃的钠光照射后，观察到劈尖上出现观察到劈尖上出现9 9条暗纹，且第条暗纹，且第9 9条在劈尖斜坡上端条在劈尖斜坡上端点点M M处，处，SiSi的折射率为的折射率为3.423.42。试求。试求SiOSiO2 2薄膜的厚度。薄膜的厚度。SiSiO2OM解：由解：由暗纹暗纹条件条

6、件 e = (2k+1) /4n = 2ne = (2k+1） /2 (k=0,1,2)知知, ,第第9 9条暗纹对应于条暗纹对应于k k=8,=8,代入上式代入上式得得= 1.72( m)所以所以SiOSiO2 2薄膜的厚度为薄膜的厚度为1.72 1.72 m m。劈劈 尖尖 膜膜第9页/共24页例例2 2 为了测量金属细丝的直径，把金属丝夹在两块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，如用单色光垂平玻璃之间，形成劈尖，如图所示，如用单色光垂直照射直照射 ，就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹的间，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

7、次的测量结果为距，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：单色光的波长 =589.3nm=589.3nm金属丝与劈间顶点间的金属丝与劈间顶点间的距离距离L L=28.880mm=28.880mm，3030条明纹间得距离为条明纹间得距离为4.295mm,4.295mm,求求金属丝的直径金属丝的直径D D？ LD劈劈 尖尖 膜膜第10页/共24页mml29295. 4解解 相邻两条明纹间的间距相邻两条明纹间的间距 2sinlLDsin其间空气层的厚度相差为其间空气层的厚度相差为 /2于是于是其中其中 为劈间尖的交角，因为为劈间尖的交角，因为 很很小，所以小，所以 mmmD05746

8、. 0103 .5899211010880.28329295. 43 代入数据得代入数据得 2lLD 劈劈 尖尖 膜膜第11页/共24页.S分束镜分束镜M显微镜显微镜o 牛顿环牛顿环装置简图装置简图平凸透镜平凸透镜平晶平晶 牛顿环：一束单色平行光垂直照射到此牛顿环：一束单色平行光垂直照射到此装置上时，所呈现的等厚装置上时，所呈现的等厚条纹是一组以接触点条纹是一组以接触点O O为为中心的同心圆环。中心的同心圆环。牛顿环光程差的计算牛顿环光程差的计算牛顿环牛顿环干涉条纹的特征干涉条纹的特征牛顿环牛顿环的应用的应用 3.牛顿环牛顿环 3.1 牛顿环实验装置及光路牛顿环实验装置及光路第12页/共24页

9、 = 2 = 2e e + + /2 /2 eA牛顿环牛顿环12第13页/共24页 (1) 明暗条纹的判据明暗条纹的判据rRe0由几何关系可知由几何关系可知（R e)2+r2=R2R2 - 2Re + e2 + r2=R2e = r2/2R暗纹暗纹（明纹明纹.)2 , 1 , 02/) 12(.)3 , 2 , 1(2/2kkkke牛顿环牛顿环第14页/共24页k=0，r =0 中心是暗斑中心是暗斑牛顿环牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。暗环明环.2 , 1 , 0.3 , 2 , 1)21(kkRkRkr暗环暗环明环明环.,.,210321211kR

10、kRrk牛顿环牛顿环第15页/共24页(2) 相邻暗环的间距相邻暗环的间距内疏外密内疏外密暗环明环.2 , 1 , 0.3 , 2 , 1)21(kkRkRkr11kkRrrrkk牛顿环牛顿环第16页/共24页 牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。的同心圆环。牛顿环牛顿环第17页/共24页4. 劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用4.1 依据依据： 测表面不平度测表面不平度 测波长：已知测波长：已知、n，测，测L可得可得 测折射率：已知测折射率：已知、，测测L可得可得n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h h待测块规待测块规标准块

11、规标准块规平平晶晶等厚条纹等厚条纹待 测 工待 测 工件件平晶平晶劈尖应用劈尖应用4.2 应用：应用：nL2公式公式第18页/共24页 5.1 5.1 依据：依据： 公式公式 mRrrkmk 22 测透镜球面的半径测透镜球面的半径R ： 已知已知 , 测测 m、rk+m、rk，可得可得R 。 测波长测波长： 已知已知R，测出测出m 、 rk+m、rk， 可得可得。 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 5. 牛顿环的应用牛顿环的应用5.2 5.2 应用：应用：第19页/共24页例例3 利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测

12、工 件表面存在的极小的加工纹路，件表面存在的极小的加工纹路， 在经过精密加在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃，使其间形工的工件表面上放一光学平面玻璃，使其间形成空气劈形膜，用单色光照射玻璃表面，并在成空气劈形膜，用单色光照射玻璃表面，并在显微镜下观察到干涉条纹，显微镜下观察到干涉条纹，2bah ab hba hek-1ek如图所示，试根据干涉条纹如图所示，试根据干涉条纹的弯曲方向，判断工件表面的弯曲方向，判断工件表面是凹的还是凸的；并证明凹是凹的还是凸的；并证明凹凸深度可用下式求得凸深度可用下式求得 ：等厚干涉条纹等厚干涉条纹第20页/共24页2bah 解解: :如果工件表面是精确的平

13、面如果工件表面是精确的平面, ,等厚干涉条纹应等厚干涉条纹应该是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条该是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条纹弯向空气膜的左端。因此，可判断工件表面是纹弯向空气膜的左端。因此，可判断工件表面是下凹的，如图所示。由图中相似直角三角形可下凹的，如图所示。由图中相似直角三角形可: : 所以所以: 21)(heehbakkab hba hek-1ek等厚干涉条纹等厚干涉条纹第21页/共24页解：解：如果工件表面是精确的平面，等厚干涉条纹如果工件表面是精确的平面，等厚干涉条纹应该是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉应该是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条纹弯向空气膜的左端。因此，可判断工件表面条纹弯向空气膜的左端。因此，可判断工件表面是下凹的，如图所示。由图中相似直角三角形可是下凹的，如图所示。由图中相似直角三角形可: : 2bah 所以所以: 21)(heehbakkab hba hek-1ek等厚干涉条纹等厚干涉条纹第22页/共24页解：解：如果工件表面是精确的平面，