光的薄膜干涉中文

光的薄膜干涉中文第1页，共49页，2023年，2月20日，星期三波阵面分割法*光源§1分波面双光束干涉Wavefront-splittingInterference1.杨氏双缝干涉2.菲涅耳双面镜3.劳埃德镜4.维纳驻波5.对切透镜(splitlens)第2页，共49页，2023年，2月20日，星期三§2分振幅干涉－－薄膜干涉

Amplitude-splittingInterference薄膜干涉现象：阳光照射下的水面油层、蜻蜓翅膀、肥皂泡、金属表面氧化膜等所呈现的五彩斑斓的花样，那就是一种光经薄膜而生成的干涉花样。肥皂膜汽油膜第3页，共49页，2023年，2月20日，星期三分振幅法分振幅法－－点光源Q发出的一束光投射到两种透明媒质的分界面上时，它携带的能量一部分反射回来，一部分透射过去，这种分割方式称为分振幅法。最基本的分振幅干涉装置是一块由透明媒质做成的薄膜。第4页，共49页，2023年，2月20日，星期三薄膜干涉场在两光束交叠的区域里每个点上都有一对相干光线在那里相交。第5页，共49页，2023年，2月20日，星期三用透镜成象法观察薄膜的干涉条纹

第6页，共49页，2023年，2月20日，星期三AABCP()()()ACABPp-=d薄膜干涉之光程差计算(1)：加强减弱当然实际还需考虑有无半波损失第7页，共49页，2023年，2月20日，星期三膜越薄，则夹角越小，上述表示式的近似程度也就越好

——折射定律()()()QPQABPp-=()()()CPABPp-=()indiindpcos2cossin122=úûùêëé-»d薄膜干涉之光程差计算(2)：加强减弱且能够满足空间相关性条件»第8页，共49页，2023年，2月20日，星期三光程差(2)d不变i变-------等倾干涉等倾干涉条纹是一组明暗相间的同心圆环(1)i不变d变-------等厚干涉劈尖干涉牛顿环干涉不同方向的入射光照射在厚度均匀的薄膜上相同方向的入射光照射在厚度不均匀的薄膜上第9页，共49页，2023年，2月20日，星期三一、等厚干涉

FringesofEqualThickness厚度不均匀薄膜表面的等厚干涉。影响薄膜表面干涉场的光程差有两个因素：厚度d和倾角i，为突出厚度的因素，实验上尽量实现小倾角双光束干涉问题第10页，共49页，2023年，2月20日，星期三SM劈尖角一、劈尖明纹暗纹第11页，共49页，2023年，2月20日，星期三劈尖干涉（明纹）（暗纹）讨论1）劈尖为暗纹.第12页，共49页，2023年，2月20日，星期三3）条纹间距（明纹或暗纹）2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差劈尖干涉第13页，共49页，2023年，2月20日，星期三

4）干涉条纹的移动每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动.第14页，共49页，2023年，2月20日，星期三（6）π1π2相对移动引起条纹变动情况：（5）判断交棱位置：轻压一端，条纹变密，则交棱在受压一端。（1）单色点光源平行光正入射（2）形状：平行交棱的一组等间距直线条纹，条纹上各点对应薄膜厚度相等。楔形薄膜等厚条纹的特点：

（3）间距：（4）相邻两个亮纹所对应的膜的厚度差：

(n=1)

（亮纹）

（暗纹）π1π2平移，故不变，b不变，但条纹平移，当d增加时，条纹向d小的地方即交棱方向平移，当Δd每增加λ/2时，条纹向交棱平移b。相向平移，条纹向交棱方向平移，即d增加，条纹向d小的地方平移。Δd每增加λ/2时，条纹向交棱平移b。第15页，共49页，2023年，2月20日，星期三2）测膜厚1）干涉膨胀仪劈尖干涉的应用第16页，共49页，2023年，2月20日，星期三空气3）检验光学元件表面的平整度4）测细丝的直径返回第17页，共49页，2023年，2月20日，星期三二、牛顿环Newton’srings由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差返回第18页，共49页，2023年，2月20日，星期三牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SLM半透半反镜T返回第19页，共49页，2023年，2月20日，星期三R光程差明纹暗纹rd暗环半径明环半径第20页，共49页，2023年，2月20日，星期三

1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于的液体中，条纹如何变？暗环半径明环半径讨论第21页，共49页，2023年，2月20日，星期三半波损失需具体问题具体分析第22页，共49页，2023年，2月20日，星期三测量透镜的曲率半径测量入射光的波长应用第23页，共49页，2023年，2月20日，星期三用于检验透镜的质量注意区分等倾干涉条纹和牛顿环！（参见P157的思考题16）返回压标准件工件压标准件工件环外扩：要打磨中央部分环内缩：要打磨边缘部分第24页，共49页，2023年，2月20日，星期三当光线垂直入射时当时当时三、等厚干涉特例：厚度均匀的薄膜，垂直入射返回第25页，共49页，2023年，2月20日，星期三单层增透膜只能使个别波长的反射光达到极小,对于其它波长相近的反射光也有不同程度的减弱,至于控制哪一波长的反射光达到极小,视实际需要而定,对于助视光学仪器或照相机,一般选择可见光的中部波长为550nm的黄绿色光的反射光达到极小，因此，增透膜中呈现出与它互补的蓝紫色。照相机镜头有一层蓝紫色就是增透膜。实际有时提出相反的需要,即尽量降低透射率,提高反射率。

薄膜颜色——增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率.返回第26页，共49页，2023年，2月20日，星期三

薄膜颜色——膜厚的精密测量干涉比色法测膜厚预制一系列敷有不同已知厚度的透明膜将待测膜在相同条件下所呈现的颜色与样板做对比判断其厚度准确度高达10nm23SiO2Si返回第27页，共49页，2023年，2月20日，星期三等倾干涉条纹实验装置二、等倾干涉FringesofEqualInclination第28页，共49页，2023年，2月20日，星期三P点到屏幕中心O点的距离只取决于倾角。具有相同倾角的反射线排列在一圆锥面上，它们到幕上的交点的轨迹将是以O为圆心的同心圆环第29页，共49页，2023年，2月20日，星期三

等倾干涉条纹的特点1.愈靠近中心点O，条纹对应的倾角越小，光程差越大，从而条纹级数越高，也即半径越小的条纹对应的级数越高OC第30页，共49页，2023年，2月20日，星期三又，当倾角较小时：第j级亮纹：第j＋1级亮纹：2.干涉条纹的位置与间距：（半波损失）OC干涉条纹的间距：第31页，共49页，2023年，2月20日，星期三中心条纹稀疏，离中心远的地方条纹较密较厚的薄膜产生地等倾条纹较密3.当膜厚发生连续变化时，中心点的级数随之改变。若厚度连续增大，中心冒出新的条纹。条纹数目的改变量反映出薄膜厚度的改变量，由知：当Δd每增加λ/2n时，中心冒出一个条纹。第32页，共49页，2023年，2月20日，星期三4.用扩展光源观察等倾干涉条纹第33页，共49页，2023年，2月20日，星期三（6）当d连续增厚时，中心冒出新条纹，条纹向外扩展，同时干涉（5）中部条纹疏，边缘条纹密（1）光源为面积较大的扩展光源（3）形状：同心圆环，条纹上各点对应倾角相等。（4）中部条纹级次高，边缘级次低等倾干涉装置与条纹的特点：

场条纹变密，当Δd每增加λ/2n时，中心冒出一个条纹。（2）产生等倾条纹的薄膜厚度均匀，厚度d越大，条纹越密集

（亮纹）

（暗纹）第34页，共49页，2023年，2月20日，星期三单色光源反射镜反射镜迈克耳孙干涉仪

MichelsonInterferometer与成角补偿板

分光板移动导轨单色光可无需补偿板第35页，共49页，2023年，2月20日，星期三迈克耳孙-莫雷实验结果：所有惯性系中真空中光速各向同性—c绝对坐标系中的光速沿地球运动方向—

垂直地球运动方向—c理论上，实验装置旋转90o，应当能观察到干涉条纹将有0.4个条纹宽度的移动，但是实验发现干涉条纹没有移动——“零”的结果！物理学天空的乌云!迈克尔逊干涉仪第36页，共49页，2023年，2月20日，星期三设计精巧，用途广泛，不少其它干涉仪都是由此派生，是许多近代干涉仪的原型。迈克耳逊最早是为了研究光速问题而精心设计了上述装置,它是一种分振幅装置，与薄膜干涉相比，迈氏干涉仪的特点是：光源、M1、M2和接收器各据一方,在空间完全分开,便于在光路中安插其它器件。可观察到相当于薄膜干涉的许多现象：等倾条纹，等厚条纹以及条纹各种变动情况,可方便地进行各种精密检测。迈克耳逊迈克耳逊因发明干涉仪和对光速的测量而获得1907年诺贝耳物理学奖金。第37页，共49页，2023年，2月20日，星期三反射镜反射镜单色光源光程差的像第38页，共49页，2023年，2月20日，星期三当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源第39页，共49页，2023年，2月20日，星期三迈克尔逊干涉条纹等倾干涉条纹等厚干涉条纹圆环向中心收缩，看似被吞没，干涉环变粗而稀疏圆环从中心冒出，干涉环变细而密集第40页，共49页，2023年，2月20日，星期三等倾干涉条纹的移动当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.光程差第41页，共49页，2023年，2月20日，星期三等厚干涉条纹的移动当与之间距离变大时，干涉条纹朝着它们交线的方向平移，条纹间距不变；当与之间距离变小时，干涉条纹朝着背离它们交线的方向平移，条纹间距不变。另外，若是与之间的角度变化，干涉条纹移动，且间距改变。第42页，共49页，2023年，2月20日，星期三干涉条纹移动数目迈克尔孙干涉仪的主要特点

两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.移动距离移动反射镜光程差第43页，共49页，2023年，2月20日，星期三插入介质片后光程差光程差变化干涉条纹移动数目介质片厚度光程差第44页，共49页，2023年，2月20日，星期三例:在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入10厘米长的玻璃管A、B，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？第45页，共49页，2023年，2月20日，星期三解：设空气的折射率为n相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到107.2条移过时，光程差的改变量满足：迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。第46页