(31)光程薄膜干涉new

1、光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜一、一、光程、光程差光程、光程差二、二、透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差三、三、薄膜干涉薄膜干涉四、增透膜、增反膜四、增透膜、增反膜 课本：课本：18.1.4光程；光程；18.3.1； 作业：练习册（作业：练习册（31）1n3n2nP1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜*1sP1r*2s2rn*1sP1r*2s2r思考思考不同介质时怎么求相位差？相位差？ 波程差波程差 12rrr2r相位差相位差【引入引入】为什么要引入为什么要引入“光程光程”概

2、念？概念？一、光程一、光程(optical path)、光程差、光程差1) 光程光程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 =iirn2）光程差：两光程之差）光程差：两光程之差光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜*1sP1r*2s2rn不同介质时求传到P点两个振动之间相位差)(2cos1101rTtEE)(2cos2202rTtEEn介质中的波长介质中的波长真空中的波长真空中的波长 相位差相位差 )(2)(212rTtrTt)(212rr)(212rnr nr光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜真空中真空中l 2介质中介质中

3、x2nnxl lx【思考思考】光在折射率为光在折射率为n的介质中传播的介质中传播x路程所引起路程所引起的相位变化，与在真空中传播的相位变化，与在真空中传播多少多少路程所引起的相路程所引起的相位变化相同？位变化相同？光程光程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 穿越多种介质时，穿越多种介质时，iirnnr物理意义物理意义：光程就是光在媒质中通过的几何路：光程就是光在媒质中通过的几何路程程 , 按按相位变化相位变化相等相等折合折合到真空中的路程到真空中的路程. 注意注意光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2 相位差相位差3）光程差）光程差 与相位差的

4、关系与相位差的关系*1sP1r*2s2rn2 相位差相位差12rnr光程差光程差例、不同介质时求相位差？相位差？解：解：)(212rnr 1S2S1n1r2r2nP问：右图中两条光线的几何右图中两条光线的几何路程是否相等？光程是否相路程是否相等？光程是否相等？光程差是多少？等？光程差是多少？答：答：几何路程相等，光程不等。几何路程相等，光程不等。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2 相位差相位差,2, 1 ,02,kk,2, 1 ,0, )12(kk加强加强减弱减弱原原来来,2, 1 ,0,kk, 2 , 1 , 0,2) 12(kk现现在在加强加强减弱减弱4）明、暗

5、纹的基础公式）明、暗纹的基础公式光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜例、例、在杨氏双缝干涉中，若作如下变动，屏幕上干涉在杨氏双缝干涉中，若作如下变动，屏幕上干涉条纹将如何变化？条纹将如何变化？条纹宽度不变，但条条纹宽度不变，但条纹整体向放置透明薄纹整体向放置透明薄膜的方向移动膜的方向移动1S2S1r2rh6）在双缝之一的后面放一折射率为在双缝之一的后面放一折射率为n 的透明薄膜时，的透明薄膜时，条纹如何变化？条纹如何变化？【深入讨论深入讨论】已知已知S2 缝上覆盖的介质厚度为缝上覆盖的介质厚度为 h ，折，折射率为射率为 n ，若原来的零级明纹移至原来的第，若原来的零级

6、明纹移至原来的第 k 级明级明条纹处，其介质片的厚度条纹处，其介质片的厚度 h 为多少？为多少？光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜问：问：原来的零级条纹移至何处？原来的零级条纹移至何处？1S2S1r2rh12)(rnhhr解：解：从从S1和和S2发出的相干发出的相干光所对应的光程差光所对应的光程差h)n(rr112 零条纹的位置应满足：零条纹的位置应满足： =0零级明条纹在零级明条纹在x轴负轴，即轴负轴，即零级明纹往下移动零级明纹往下移动了，也即了，也即条纹整体往下移动条纹整体往下移动0 零级明条纹处是零级明条纹处是等光程点等光程点光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、

7、薄膜干涉、增透膜、增反膜 krr 12设有介质时零级明条纹移到原来第设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处，则它级处，则它必须同时满足必须同时满足原来原来 k 级明条纹位置级明条纹位置和和现在的零级现在的零级位置的条件位置的条件：1 nkh h)n(rr112 原来原来 k 级明条纹位置级明条纹位置现在的零级位置的条件现在的零级位置的条件联立解得：联立解得：若移至原来的第若移至原来的第 k 级明条纹处，其厚度级明条纹处，其厚度 h 为多少？为多少？【思考思考】为什么条纹宽度不变？为什么条纹宽度不变？ 原有原有k 0负级次负级次光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜FAB

8、o二、透镜不引起附加的光程差二、透镜不引起附加的光程差FAB焦平面焦平面做平行光的垂线后，从垂足点做平行光的垂线后，从垂足点A、B、C 各点经各点经过透镜到汇聚处过透镜到汇聚处F点的光程都相等。点的光程都相等。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜不同光线通过透镜要改变传播方向，不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？会不会引起附加光程差？ABCabcF实验现象：实验现象：若点若点A、B、C 的相位相同，在的相位相同，在F点点会聚，互相会聚，互相加强加强做平行光的垂线后，从垂足点做平行光的垂线后，从垂足点A、B、C 各点经过透镜各点经过透镜到汇聚处到汇聚处F

9、点的光程都相等。点的光程都相等。AaF比比BbF经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但BbF在透镜在透镜中经过的路程比中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于长，透镜折射率大于1，折算成光程，折算成光程， AaF的光程与的光程与BbF的光程相等的光程相等解解释释使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。?思考思考光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜三、薄膜干涉三、薄膜干涉 (film interference) 薄膜干涉是一种分振幅干涉。人们在日常生活薄膜干涉是一种分振幅干涉。人们在日常生活中会经常见到薄膜干涉现象，如阳光下五彩

10、缤纷的中会经常见到薄膜干涉现象，如阳光下五彩缤纷的肥皂泡，雨后马路边水面上油膜的彩色条纹，经过肥皂泡，雨后马路边水面上油膜的彩色条纹，经过高温处理后的金属表面所呈现美丽的蓝色，这些都高温处理后的金属表面所呈现美丽的蓝色，这些都是薄膜干涉现象。是薄膜干涉现象。薄膜薄膜材料厚度与光波长同数量级材料厚度与光波长同数量级光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜P1n1n2n1M2MeL等厚薄膜干涉等厚薄膜干涉ADCDADnBCABn1232)(12sinsinnni212nn iDC34E5A1B2考虑反射时的考虑反射时的“半波损失半波损失”如右图，等厚薄如右图，等厚薄膜（分振幅法

11、）膜（分振幅法）光线光线 2 与与 3 的光程差为的光程差为 光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜等厚薄膜干涉等厚薄膜干涉ADnBCABn1232)(coseBCABiACADsiniesintan212sinsinnni2P1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 几几何何关关系系2cos22sin1cos222232enne光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2sin222122rinne 反反射光的光程差射光的光程差(21)2kk 明明暗暗思考思考1等倾干涉条纹：等倾干涉条纹：薄膜厚度均匀，即薄膜厚度均匀，即e e固定，固定，

12、则则由由i决定，决定，i相同，干涉条纹级别相同。相同，干涉条纹级别相同。 或者说，或者说，同一条干涉条纹都是由来自同有一倾同一条干涉条纹都是由来自同有一倾角的入射光形成的角的入射光形成的。 扩展光源上不同点发出的光扩展光源上不同点发出的光线，只要以同一倾角入射，其线，只要以同一倾角入射，其反射相干光就具有相同的光程反射相干光就具有相同的光程差，它们将在同一位置形成同差，它们将在同一位置形成同一条干涉条纹。这些干涉条纹一条干涉条纹。这些干涉条纹强度叠加，使明亮度增加。强度叠加，使明亮度增加。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 等倾干涉条纹是一组等倾干涉条纹是一组内疏外密

13、内疏外密的同心圆环，越的同心圆环，越向内，级次越高。向内，级次越高。 如如光源发出的是复合光，则看到同心彩色园环。光源发出的是复合光，则看到同心彩色园环。 (21)2kk 明明暗暗i , k 2sin222122rinne光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜inne22122tsin2 透射光透射光的光程差的光程差 【结论结论】1、透射光也是相干光、透射光也是相干光 2、透射光和反射光干涉、透射光和反射光干涉具有互具有互 补补 性性 ，符合能量，符合能量守恒定律守恒定律根据具体根据具体情况而定情况而定2/sin222122inne反P1n1n2n1M2MeLiDC34E

14、5A1B212nn 思考思考2透射光的光程差为？干涉情况？透射光的光程差为？干涉情况？已知已知当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜附加光程差：附加光程差：根据根据具体情具体情况况(？)而定而定 当光线垂直入射时当光线垂直入射时 0i附加2r2en1n3n2n思考思考3附加反inne22122sin2光线垂直入射时光线垂直入射时思考思考4三种介质时附加光程差的确定三种介质时附加光程差的确定 满足满足n1n3(或或n1 n2 n2n3(或或n1 n2 n3)附加光程差为附加光程差为 0即

15、两束反射光都有（或都即两束反射光都有（或都没有）半波损失没有）半波损失光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜1n3n2n之间、在之间、不在附加光程差31231202nnnnnn减弱（暗）加强（明）附加光程差垂直入射时，, 2 , 1 , 02) 12(, 2 , 122kkkken知识点小结知识点小结等厚薄膜（上下表面平行）干涉规律等厚薄膜（上下表面平行）干涉规律光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜四、增透膜和增反膜四、增透膜和增反膜增透膜增透膜- 利用薄膜上、下表面利用薄膜上、下表面反射光反射光的光程差符的光程差符合合干涉干涉相消相消来减少反射光

16、，从而使透射增强。来减少反射光，从而使透射增强。增反膜增反膜-利用薄膜上、下表面利用薄膜上、下表面反射光反射光的光程差满的光程差满足足干涉干涉相长相长，因此反射光因干涉而加强。，因此反射光因干涉而加强。相相机机镜镜头头 电电影影放放映映机机用用灯灯 光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜2min4nddnm6 .990k取取（增强增强）氟化镁为增透膜氟化镁为增透膜例例 为了增加透射率为了增加透射率 , 求求 氟化镁膜的最小厚度氟化镁膜的最小厚度.已知已知 空气空气00. 11nnm550,氟化镁氟化镁 ,38. 12n减弱减弱2) 12(22rkdn解解 222tdn则则

17、23玻璃玻璃23nn d1n2n应用应用利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率 . .光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 光束在玻璃表面有约光束在玻璃表面有约4 4的反射。一般的反射。一般光学仪器总是由相当数量的透镜、棱镜等光学仪器总是由相当数量的透镜、棱镜等光学元件组成。反射面的增加使透射光的光学元件组成。反射面的增加使透射光的能量严重衰减，例如：对于有十来个反射能量严重衰减，例如：对于有十来个反射面的棱镜型双筒望远镜，这种反射损失可面的棱镜型双筒望远镜，这种反射损失可达达4545！对更为复杂的潜水艇上的潜望镜，！对更为复杂的潜水艇

18、上的潜望镜，反射面有反射面有4040多个，因而反射损失竟达多个，因而反射损失竟达9090！ 光束在界面上的反射不仅造成束能损光束在界面上的反射不仅造成束能损失，而且由于在界面的反复反射形成多重失，而且由于在界面的反复反射形成多重重影，也使像质变坏。解决的办法就是重影，也使像质变坏。解决的办法就是镀镀增透膜增透膜。 提高光学器件的透光率的镀膜提高光学器件的透光率的镀膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 实际应用中，常需要一些反射率较高的光学元件。实际应用中，常需要一些反射率较高的光学元件。 这时必须采用这时必须采用多层膜系方法多层膜系方法。如：激光谐振腔如：激光谐振腔的

19、反射端，要求的反射端，要求反射率达反射率达99.999.9。高质量的摄影摄高质量的摄影摄像机镜头要有全像机镜头要有全色的高透光率。色的高透光率。 红外制导的导弹红外制导的导弹系统、卫星遥感系统、卫星遥感系统、各种红外系统、各种红外摄像仪、夜视仪摄像仪、夜视仪的透镜都需镀上的透镜都需镀上高增透膜。高增透膜。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 这就是因为在透镜表面镀了一层氟化镁这就是因为在透镜表面镀了一层氟化镁(MgF2)薄膜的效果。其作用是使胶片最敏感的黄绿光透过薄膜的效果。其作用是使胶片最敏感的黄绿光透过的更多一些。这样一来，反色光中黄绿成分减少了，的更多一些。这样一

20、来，反色光中黄绿成分减少了，显示的就是黄绿色的补色显示的就是黄绿色的补色蓝红色。蓝红色。补色补色油画色彩学中的概念油画色彩学中的概念七色中去掉一色七色中去掉一色剩余的就是这一色的补色剩余的就是这一色的补色 【思考思考】为什么照相机镜头看上去为紫色？为什么照相机镜头看上去为紫色？ 【增反膜应用增反膜应用】宇宙飞船的太阳能电池板、宇航员宇宙飞船的太阳能电池板、宇航员的头盔面甲等都需要红外反射涂层。的头盔面甲等都需要红外反射涂层。光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜光程、薄膜干涉、增透膜、增反膜 例例 一油轮漏出的油一油轮漏出的油(折射率折射率 =1.20)污染了某污染了某海域海域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污表面形成一层薄薄的油污. (1) 如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾