大学物理9-04薄膜干涉.pptVIP

9-4 薄膜干涉 一 薄膜干涉 薄膜干涉的应用 1 . 增透膜和增反膜 2 . 劈 尖 3 . 牛顿环 * * P L 一 薄膜干涉 D C 3 4 E 5 A 1 B 2 反射光的光程差 加 强 减 弱 P L D C 3 4 E 5 A 1 B 2 透射光的光程差 注意：透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律. 根据具体情况而定 P L D C 3 4 E 5 A 1 B 2 点光源照明时的干涉条纹分析 r L f P o rk环 B e n? n? n n? i A C D 2 1 S i i i · · · · · 1） 对于透射光： 2） 垂直入射时： 3） 光程差 是入射角i的函数，这意味着对于同一级条纹具有相同的倾角，故这种干涉称为等倾干涉。 讨 论： 当光线垂直入射时 当 时 当 时 解 (1) 例1. 一油轮漏出的油(折射率 =1.20)污染了某海域, 在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污. (1) 如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色? (2) 如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色? 绿色 (2) 透射光的光程差 红光 紫光 紫红色 利用薄膜干涉使反射光减小，这样的薄膜称 为增透膜。 二 薄膜干涉的应用 1.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 . 例2: 在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长为λ =5500 ?的绿光全部通过。求：膜的厚度。 解一：使反射绿光干涉相消 由反射光干涉相消条件 取k = 0 MgF2 玻璃 n2= 1.38 n1 =1.50 n0 = 1 Δ = 2 n2 e =(2k+1) λ/2 = 996(?) n0 = 1 1 2 n1 n2 (?) = 2989.1? 解二: 使透射绿光干涉相长 由透射光干涉加强条件： 1 2 n2 n1 n0 = 1 取k = 1 问题：此时反射光呈什么颜色？ 2n2e=kλ λ1=2n2e=8250? 取k=1 λ2=2n2e/2=4125? 取k=2 反射光呈现紫蓝色。 得 由 多层高反射膜 H L ZnS MgF2 H L ZnS MgF2 在玻璃上交替镀上光学厚度均为?/4的高折射率ZnS膜和低折射率的MgF2膜，形成多层高反射膜。 S M 劈尖角 2 劈 尖 明纹 暗纹 劈尖干涉 （明纹） （暗纹） 讨论 1）劈尖 为暗纹. 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 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. 4 ）干涉条纹的移动 例 3 有一玻璃劈尖 , 放在空气中 , 劈尖夹角 , 用波长 的单色光垂直入射时 , 测得干涉条纹的宽度 , 求 这玻璃的 折射率. 解 2）测膜厚 1）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用 空气 3）检验光学元件表面的平整度 4）测细丝的直径 例4 在半导体元件生产中，为了测定硅片上SiO2薄膜的厚度，将该膜的一端腐蚀成劈尖状，已知SiO2 的折射率n =1.46，用波长? =5893埃的钠光照射后，观察到劈尖上出现9条暗纹，且第9条在劈尖斜坡上端点M处，Si的折射率为3.42。试求SiO2薄膜的厚度。 Si SiO2 O M 解：由暗纹条件 e = (2k+1)? /4n ?= 2ne = (2k+1）? /2 (k=0,1,2…) 知,第9条暗纹对应于k=8,代入上式得 = 1.72(?m) 所以SiO2薄膜的厚度为1.72 ?m。 例5 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，如用单色光垂直照射 ，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。某次的测量结果为：单色光的波长? =589.3nm金属丝与劈间顶点间的距离L=28.880mm，30条明纹间得距