1、3. 薄膜干涉（一）-等厚干涉,常见的分振幅干涉现象,光和膜是本类干涉现象产生的两个必要条件。,丰富多彩的干涉现象,水膜在白光下,白光下的肥皂膜,由于这些光都是从同一列光分得的，所以是相干的。这些光是将原入射光的能量（振幅）分为几部分得到的，被称为分振幅的干涉。,3.1 分振幅干涉概述,分振幅干涉：一列波按振幅的不同被分成两部分(次波)，两次波各自走过不同的光程后，重新叠加并发生干涉。常见的分振幅方法：光学介质分界面的反射和折射。常见的分振幅干涉：等倾干涉、等厚干涉(劈尖、牛顿环),等厚(平面平行)膜产生等倾干涉条纹,从上表面反射的光，以及从薄膜内部透射出来的光，都可以向任意方向传播，所以在空
2、间各处都可以产生干涉。使用不同的光学系统，可以在不同的区域观察光的干涉。,额外程差的确定（半波损失问题）,不存在半波损失,光从光疏介质射向光密介质时，反射光光程有半个波长的损失。,不考虑半波损失,考虑半波损失,考虑半波损失,3.2 等厚干涉,定域在薄膜上表面的干涉条纹。,讨论：,正入射,3.3 劈尖（劈形膜）,劈尖夹角很小的两个平面所构成的薄膜。,劈尖干涉在膜表面附近形成明、暗相间的条纹。,A,1、2两束反射光来自同一束入射光，它们可以产生干涉 。,观察劈尖干涉的实验装置,通常让光线几乎垂直入射。,设单色平行光线在A点处入射，膜厚为e ，,程差可简化计算。,考虑到劈尖夹角极小，,反射光1、2在
3、膜面的光,（1）装置：,在 n, 定了以后, 只是厚度 e 的函数。,一个厚度e， 对应着一个光程差， 对应着一个条纹等厚条纹。,亮纹,暗纹,定域在劈尖上表面上，平行等距、明暗相间的直条纹。,（3）劈尖干涉图样：,（2）产生明暗条纹的条件：,等厚干涉条纹,劈尖,不规则表面,相邻两条亮纹对应的厚度ek ,ek+1相差多大？,如果是空气劈尖，棱边处 是亮纹还是暗纹？,（答：暗纹）,亮纹与暗纹等间距地相间排列。,有,所以有,（4）条纹间距:,（6）劈尖的应用：, 测波长：已知、n，测 L 可得, 测折射率：已知、 ，测 L可得 n, 测细小直径、,依据公式,厚度,测量长度的微小改变 空气劈干涉膨胀仪
4、热膨胀系数,请问：此待测工件表面上， 有一条凹纹还是一条凸纹？,答：凸纹, 测表面不平度,平晶间空气隙干涉条纹,如图平行光入射,平凸透镜与平晶间形成空气劈尖。,观察牛顿环的装置示意图,e 可用 r, R 表示:,3.4 牛顿环,对空气劈尖，光程差,（n=1）,(1)代入(2)得，第k 级暗环半径为,暗环：,中心是暗点（k =0）,内疏外密,所以条纹间距：,明环半径公式,（自己推导）,白光入射的牛顿环照片, 白光入射条纹情况如何？,平凸透镜向上平移时，中心处有圆环吞入；反之则有圆环冒出,对空气层：平移 /2距离时有一条条纹移过, 平凸透镜向上移,条纹怎,样移动?,牛顿环的应用：, 测透镜球面的半
5、径R：,实用的观测公式：,（暗纹）,由, 已知，数清m， 测出 rk、 rk+m ，则,牛顿环装置还能观测透射光的干涉条纹，它们与反射光的干涉条纹正好亮暗互补。(想一想为甚麽？), 测入射光的波长：,R 已知，数清 m，测出 rk，rk+m ，则,检测光学镜头表面曲率是否合格,将玻璃样板置于待测镜头上，两者间形成空气薄层，由空气劈尖的上下表面反射（透射）的光因干涉而出现牛顿环，当某处条纹偏离圆形时，则该处有不规则起伏，环纹越疏，则待测件与样板间的差异越小。, 检验透镜（的球面）表面质量：,说明待测透镜,表面不规则，且半径有误差。,一圈条纹对应 的球面半径误差。,若条纹如图，,解,例2 如图所示
6、为测量油膜折射率的实验装置 , 在平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长 的单色光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条纹 . 已知玻璃的折率，,问：当油膜中心最高点与玻璃片的上表面相距 时，干涉条纹如何分布？可见明纹的条数及各明纹处膜厚 ? 若油膜展开条纹如何变化?, 油膜的折射率,G,解 1）条纹为同心圆,明纹,3.5 镀膜光学元件目的：增加某中心波长附近的光的反射；增 加其它中心波长附近的光的透射。表现：光学元件镀膜后，在复色光下表面呈 现准单色。常见的镀膜光学元件：增透膜：增加某波段光的通光量（照相机、望远镜、显微镜等助视仪器的镜头）。增反膜：紫外防护镜、冷光膜、各
7、种面镜。干涉滤光片：从复色光中获得准单色光。,镜头颜色为什么发紫?,1.增透膜,光学镜头为减少反射光，通常要镀增透膜。,增透膜是使膜上下两表面的反射光满足减弱条件。,减弱,例：为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（n3=1.52）上镀一层 MgF2 薄膜（n2=1.38），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光 = 552 nm 反射最小，假设光垂直照射镜头，求：MgF2 薄膜的最小厚度。,解：,减弱,k=0,膜最薄,通常 k 取 1，,在该厚度下蓝紫光反射加强，所以我们看到镜头表面为蓝紫色。,2.增反膜,减少透光量，增加反射光，使膜上下两表面的反射光满足加强条件。,使两束反射光满足干涉加强条件,例
8、如：激光器谐振腔反射镜采用优质增反膜，介质薄膜层达15 层，其反射率99.9。,加强,解,绿色,例. 白光垂直照射到空气中一厚度为e=3800的肥皂膜上，肥皂膜的折射率n=1.33，在可见光范围内(40007600 )，哪些波长的光在反射中加强?,解：经肥皂膜上下表面反射的光的光程差中应考虑半波损失项，所以反射加强的条件为：,4.薄膜干涉（二)-等倾干涉,1.光学介质薄膜Thin-film2.光源 Light3.半反镜 Beam Splitter4.成像装置：透镜Lens或人眼5.接收装置：屏幕Screen或视网膜,4.1 等倾干涉的典型实验装置,等倾干涉,在薄膜上方放置一凸透镜，在凸透镜的像
9、方焦平面观察干涉条纹。此时只有相互平行的光才能相遇，进行叠加。相互平行的光有相同的倾角，故称等倾干涉。,光程差,记入半波损失,相互平行的光，汇聚到焦平面上同一点；系统是轴对称的，所以干涉条纹是同心圆环。同一倾角的光是同一干涉级，故称等倾干涉。,透反镜,等倾干涉的观察装置,r = f tan i1 f sin i1。垂直入射时，i1=0，r =0, 对应条纹中心。,(1) 圆环半径,中心处级数最高还是最低？,第k级亮条纹,(2) 相邻条纹的距离,第k+1级亮条纹,两式相减,中心处条纹较稀疏。,微分,相邻条纹间的角距离,（3）条纹的角宽度（亮条纹中心到相邻暗条纹中心的角距离）,亮纹,暗纹,膜厚增大
10、，条纹细锐,中心条纹没有周围细锐,我们盯住屏上某一个条纹看，即令,当式中 e 时，,应，,（4）膜厚变大的过程中，条纹怎样移动？,即 sini 要，即 i 要。,所以，条纹要向外扩展。,若 n, 都 不变，,即膜厚变大的过程中，中间不断有高一级条纹 “冒”出来。,设（i = 0）中央亮纹原来是 kc 级：,中央亮纹依次变成 kc+1级, kc+2级，kc+3级,当膜厚变大时，,我们来看中央亮纹：,中心处每“冒”出来一个亮圈， 相应的膜厚变大多少？,(1)倾角i 相同的光线对应同一条干涉圆环条纹,总结：干涉条纹特征,等倾干涉,(2)不同倾角i 构成的等倾条纹是一系列同心圆环,(3)愈往中心，条纹级别愈高,*若改变d,中心向外冒条纹,中心向内吞条纹,(4)条纹间隔分布：内疏外密,(5)光源是白光,彩色干涉条纹,透射光也有干涉现象，,反射光加强的点，透射光正好减弱（互补）,补充说明：,明暗条件为：,(k=1,2,)明条纹,(k=0,1,2,)暗条纹,
