高中物理人教大纲版第三册：20.1 光的干涉（备课资料）.docVIP

●备课资料 一、镀膜光学元件 在比较复杂的光学系统中光能的反射损失是严重的，对于一个六个透镜组成的光学系统，光能的反射损失约占一半左右.现代的一些复杂的光学系统（有的包括十几个透镜），光能的损失就更为严重.此外，光在透镜表面上的反射还会造成杂散光，严重影响光学系统的成像质量. 在光学系统中，为了减少光学元件（透镜、棱镜等）表面上的反射损失，可以利用薄膜干涉相消来减少反射光.照相机、摄像机的镜头以及测距仪、潜望镜上的光学元件的表面为了减少反射损失，都镀上了介质薄膜. 介质薄膜要透明，它的折射率要选择适当，以便在外界面和内界面（即薄膜与玻璃的接触面）上反射出来的光波振幅接近相等，使其合振幅接近于零，从而使反射光接近全部相消. 在正入射的情况下，光从介质1（折射率n1）到介质2（折射率n2）的界面上反射时，应满足ρ=()2(ρ称反射率).如果玻璃的折射率n2=1.8,n1=1则在玻璃表面上的反射率: ρ=()2=8% 在镀上了氟化镁薄膜之后，可使反射光由不镀膜时的8%降低到0.078%，大大减少了光学元件表面反射造成的能量损失，因而增强了透射光的能量，所以这层镀膜也称增透膜. 另外，有一种镀膜的目的是为了增强对某一光谱区内的反射能量，这种膜称为反射膜. 除了镀制增透膜和反射膜外，还可以镀制各种性能的多层高反射膜、彩色分光膜、冷光膜以及干涉滤光片等.例如，氦—氖激光器谐振腔的全反射镜镀15~19层的硫化锌—氟化镁膜系，便可使6328波长的光的反射率高达99.6%；广泛应用于彩色显示器中的彩色分光膜是一种在可见光区内有选择反射性能的薄膜；冷光膜是一种高效能地反射可见光又高效能地透射红外光的多层膜系，这种膜系通常镀在电影放映机的反光镜上，以减少电影胶片的受热和增强银幕的照度. 对于增透膜，当薄膜厚度是入射光在薄膜介质中波长的时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而相互抵消.在通常情况下入射光为白光，而增透膜的厚度只能使一定波长的反射光相互抵消.在选择增透膜时，一般是使光谱中部的绿黄光在垂直入射时互相抵消，因为人们的视觉对这种光最敏感.这时光谱边缘部分的红光和紫光并没有完全抵消，所以涂有增透膜的光学镜头呈淡紫色. 二、薄膜干涉的几种观察方法 1.肥皂膜干涉 直接观察法.如图20—15所示，用直径2 mm的铜丝弯成直径约60 cm的圆环，下部是三角底座. 演示时把圆环竖直地插入肥皂液中，慢慢向上提起，在圆环上就张紧一层薄膜.将圆环立在桌上，薄膜反射由窗口射入的光线.当肥皂液逐渐向下流动的过程中，就可看到干涉出现的彩色条纹. 将内部沾湿的大烧杯（100 mL）罩住圆环，因减小了蒸发，延长了演示时间. 如图20—16所示，点燃酒精灯（灯内酒精和灯芯上都洒有食盐），它发出黄色的火焰（钠的光色），酒精灯旁放有一个张有肥皂膜的圆环，在膜上就能看到灯焰的像. 当液膜由于重力形成上薄下厚的楔形时，灯焰的像上出现明暗相间的干涉条纹，实验在暗室内进行效果更好. 实验中，肥皂液太稀或温度较高，薄膜容易破裂.但太稠流动性又差，不易出现干涉条纹.在肥皂液中加适量的食糖或甘油，能延长膜的存留时间. 也可用洗衣粉液代替肥皂液. 投影法.实验装置如图20—17，光源为除去成像透镜的幻灯机，让光源射出的光束照射沾有皂膜的圆环.调节环的位置，使光束的直径和环的直径接近凸透镜（直径约10 cm，焦距约20 cm）.当反射光穿过透镜时，屏上即出现干涉条纹.进一步调节透镜和环的距离，使成像清晰.重新在环上形成肥皂膜时，就可以看到幕上干涉条纹是自下而上，先紫后红的一条条彩色的条纹. 2.牛顿环.实验光路如图20—18所示，调节透镜位置，使扩展后激光束正好照射在“牛顿环”上，这时反射的干涉条纹是中心为暗点的明暗相间的一组同心圆，且条纹间距不等（如图20—18 a）.如果将屏移至“牛顿环”的左侧，则在屏上出现的干涉条纹是中心为亮点的明暗相同的一组同心圆，且条纹间距不等.这是由透射光产生的干涉条纹，它和反射光产生的干涉条纹正好互补（图20—18 b）.调节牛顿环各螺丝，使薄膜厚度变小，圆形干涉条纹向外扩展，中心的亮暗不变. 用普通光照射时，得一组彩色同心圆；当薄膜厚度变小时，彩色干涉条纹也向外扩展，中心的亮度不变. 参考书目：上海教育出版社出版《名师授课书》（物理） 上海教育出版社出版《中学教学全书》（物理） 图20—15 图20—16 图20—17 图20—18