12-3薄膜干涉.ppt
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### 12-3 薄膜干涉 #### 薄膜干涉原理 薄膜干涉是一种光学现象,当光线经过薄膜的上下两个表面反射后再次相遇时会发生干涉现象。这种干涉可以分为两种情况:**反射光干涉**和**透射光干涉**。 1. **反射光的光程差**:当光线在薄膜上表面被反射后,会与在薄膜内部反射后再次到达上表面的光线相遇,这两束光之间会存在一定的光程差。光程差决定了干涉的加强或减弱: - **加强条件**:当光程差为波长的整数倍时,即满足 \(\Delta n = 2nd + \lambda/2\)(n 为整数),反射光相互加强。 - **减弱条件**:当光程差为半波长的奇数倍时,即满足 \(\Delta n = 2nd + (2n+1)\lambda/2\)(n 为整数),反射光相互减弱。 2. **透射光的光程差**:透射光在通过薄膜的过程中也会产生光程差,但通常比反射光的情况复杂一些。透射光的干涉同样遵循能量守恒定律,并且与反射光干涉具有互补性。 #### 应用实例分析 **实例一**:考虑油轮泄漏造成的油膜覆盖在海面上的情形。油膜的折射率为 \(n_1=1.20\),海水的折射率为 \(n_2=1.30\)。假设太阳处于正上方,直升机驾驶员观察到油层厚度为460nm的情况下,会看到什么样的颜色? - **分析**:首先确定油层对于不同波长光的反射情况。由于油层厚度固定,可以通过计算不同波长的光在油层中的光程差来判断哪些波长的光会相互加强。例如,对于特定波长的光,如果其在油层中的光程差满足加强条件,则该波长的光将在反射中被显著加强,从而使得飞行员能够看到该波长的颜色。 - **结论**:根据油层的厚度及折射率,可以计算出反射加强的光波波长,从而推断出飞行员观察到的颜色。 **实例二**:假设潜水员潜入水中观察同一油层,观察到的颜色是否会与直升机驾驶员相同? - **分析**:水下的观察角度不同,因此需要重新计算光程差。由于光在不同介质中的传播速度不同,故折射率的变化会影响光程差的计算结果。 - **结论**:通过重新计算光程差,可以得知潜水员看到的颜色可能会有所不同。 #### 增透膜和增反膜的应用 增透膜和增反膜是通过精确控制薄膜的厚度来调整反射和透射光的相位差,从而实现增强透射或增强反射的目的。例如,氟化镁作为增透膜材料,在某些波长下可以显著降低反射率,提高透射率。 - **应用示例**:为了减少光学元件表面的反射损失,常常会在元件表面镀上一层氟化镁膜。假设想要减少反射并增加透射率,可以计算氟化镁膜的最小厚度,使得反射光相互减弱,而透射光得到加强。 #### 劈尖干涉 劈尖干涉是一种特殊的薄膜干涉现象,当光线垂直照射在劈尖上时,会产生一系列平行的干涉条纹。 - **明纹与暗纹**:根据劈尖的厚度变化,可以观察到一系列明暗交替的干涉条纹。 - **条纹间距与厚度差**:相邻明纹或暗纹之间的厚度差与劈尖的角度有关,同时也受入射光波长的影响。 - **应用举例**:劈尖干涉可用于精密测量、检验光学元件表面平整度以及测定细丝直径等。 #### 牛顿环 牛顿环是一种经典的等厚干涉现象,通过观察圆环状的干涉条纹来研究光的波动性质。 - **实验装置**:由一块平板玻璃和平凸透镜组成。 - **干涉条纹特征**:圆环状条纹,其中心点的亮度取决于观察方式(反射光或透射光)。 - **应用案例**:牛顿环实验不仅可用于测量光波波长,还可以用于检测透镜的质量和曲率半径等。 **实例三**:使用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光进行牛顿环实验,测得第k个暗环的半径为5.63mm,第k+5个暗环的半径为7.96mm,求平凸透镜的曲率半径R。 - **分析与计算**:根据牛顿环的理论公式计算出相邻暗环间的厚度差,进而求出透镜的曲率半径。 - **结论**:通过实验数据的计算,可以准确得到透镜的曲率半径。 薄膜干涉及其应用在现代光学中扮演着极其重要的角色,无论是理论研究还是实际应用都具有广泛的意义。
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