第二十章干涉衍射(2).pptxVIP

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§20.3 薄膜干涉 日常生活中的一些现象 一、薄膜的等倾干涉 §20.3.1 薄膜的等倾干涉 S为一个面光源,M为半反射半透射平面镜。发光面上一点发出的光线中,以相同倾角入射到膜表面上的光线在同一个锥面上,它们的反射线经透镜会聚后分别相交于焦平面上的同一个圆周上。因此,形成的等倾条纹是一组明暗相间的同心圆环。 对于厚度均匀的薄膜,扩展光源投射到薄膜上的光线的光程差,是随着光线的倾角(即入射角i)不同而变化的。 倾角相同的光线都有相同的光程差 ,因而属于同一级别的干涉条纹,这种干涉叫做等倾干涉。 点光源照射到表面平整,厚度均匀的薄膜上产生的干涉条纹。 n1n2 2 3 在第一界面的反射为被光疏媒质的反射,无位相突变。 在第二界面反射时为被光密介质的反射,有位相突变(或半波损失)。 光线2、3间有附加位相差。 n1n2 2 3 n1n2 2 3 1、干涉极大 二、薄膜干涉明暗纹条件 2、干涉极小 · L2 P O r环 a c d · a2 a1 S · · b · 等倾干涉条纹为一系列同心圆环内疏外密;内圆纹的级次比外圆纹的级次高 膜厚变化时,条纹发生移动。当薄膜厚度增大时,圆纹从中心冒出,并向外扩张,条纹变密 三、 透射光的干涉 n1n2 2 3 4 5 4、5两束光的光程差: 两次半波损失抵消 n1n2 2 3 4 5 k=1,2,......明 k=0,1,2,......暗 透射光也是明暗相间圆形等倾条纹。 对应某入射角 i : 反射光明暗条纹与透射光的互补 · L2 P O r环 A C D · a2 a1 点光源S · · B · 四、点光源与面光源: 点光源照射 面光源照射 f 入射角相同的光线分布在锥面上,对应同一级干涉条纹。 面光源上不同点而入射角相同的入射光,都将汇聚在同一级干涉环上(非相干叠加),因而面光源照明比点光源照明条纹明暗对比更鲜明。 (2)形状:一系列同心圆环; (3)条纹级次分布: (1)定域:条纹经会聚才能观察,定域为无穷远; 五、条纹特征: 靠近环心的条纹干涉级别高; (4)条纹间距:入射角增加时,条纹间距减小,内疏外密; (5)观察等倾条纹,没有光源宽度和条纹可见度的矛盾 ! (6)反射光和透射光的干涉图样互补。 增透膜: 能减少反射光强度而增加透射光强度的薄膜。 六、等倾干涉的应用: 增反膜: 能增加反射光强度而减少透射光强度的薄膜。 增透膜基本原理 多层高反射膜 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。 【例20-3】空气中肥皂膜(n2=1.33),厚为0.32m。如用白光垂直入射,问肥皂膜呈现什么色彩? n2 空气 空气 解: 垂直入射,1个半波损失 肥皂膜呈现的色彩 反射光干涉极大 可见光 肥皂膜呈现的色彩黄绿光 【例20-4】平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上,油膜覆盖在玻璃板上。所用光源波长可以连续变化,观察到5000Å与7000Å这两波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30,玻璃折射率为1.50,求油膜的厚度。 解: 垂直入射,两个半波损失抵消 两波长的反射光为两次相邻的相消干涉: 两波长的光在反射中消失 通过光源波长连续变化观察 两波长的反射光为两次相邻的相消干涉: 【补充例】平行单色光垂直照射到薄膜上,经上下表面反射的两束光发生干涉,若薄膜厚度为 e,且 n1 n2 n3, 1 为入射光在折射率为n1的媒质的波长,则两束光在相遇点的相位差为: 求 解: 【补充例】一油轮漏出的油(n1 =1.20 )污染了某海域,在海水(n2 =1.30 )表面形成一层薄薄的油污。油层厚度为 e =460nm, (1)若一飞行员从上向下观察, 则油层呈什么颜色? (2)若某潜水员从水下向上观察,则油层呈什么颜色? (1)两反射光均有“半波损失”,则反射光干涉加强的条件为 飞行员看到油膜呈绿色 将n1 =1.20 , e =460nm代入得 绿光 红外区 紫外区 (2)透射光干涉加强(即反射光干涉减弱)的条件为 潜水员看到油膜呈紫红色 将n1 =1.20 , e =460nm代入得 红光 红外 紫光 或 紫外 (2)要实现增强透射光,则两处的反射光应干涉相消,干涉相消的条件为: k为整数 解: 【补充例】 空气中有一水平肥皂膜,设折射率为n =1.33,厚度为e =3.20×10-7 m,如果用白光垂直照射,该膜的正面呈什么颜色,在背面呈什么颜色? 解:光在肥皂膜上表面反射时有半波损失,由反射光加强的条件得: 绿色 由反射光减弱的条件得: 紫色 可见光范围如下:(真空,单位为nm ) d

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