薄膜劈尖牛頓環(huán)z

1、3.5光程1、光程：光程為光在媒質(zhì)中傳播的幾何路程與媒質(zhì)折射率的乘積。其中 r 是幾何路程（波程），L是光程。光在介質(zhì)中的行為：12.半波損失產(chǎn)生條件：光從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)；反射光中產(chǎn)生半波損失。反射光存在半波損失反射光無(wú)半波損失而折射光都無(wú)半波損失2FF3、平行光入射經(jīng)過(guò)凸透鏡時(shí)，與光軸平行的光線匯聚于焦點(diǎn)。與光軸成一定角度的平行光線匯聚于焦平面。光線通過(guò)薄透鏡時(shí),近軸光線不產(chǎn)生附加的光程差。33.7、薄膜干涉（等傾） 單色光以入射角 i 從折射率為 n1媒質(zhì) 進(jìn)入折射率為n2 的媒質(zhì)，i 在薄膜的上下兩表面產(chǎn)生的反射光 光、 光，滿(mǎn)足相干光的 條件時(shí)，就能產(chǎn)生干涉。稱(chēng)為等傾干涉條紋。設(shè)

2、：光從光源 P 發(fā)出，傳到 AD時(shí)，兩條光的光程差為 0，先不考慮半波損失時(shí)，則 光、 光的光程差由下面計(jì)算為：ADP4dirri由于：tg(r)=(AC/2)/d5由折射定律6考慮半波損失：光程差不附加光程差附加未考慮半波損失時(shí)i7光程差由干涉的加強(qiáng)減弱條件加強(qiáng)減弱i8觀察等傾干涉條紋的方法9播放教學(xué)片CD5 等傾干涉103.6等厚干涉：上面導(dǎo)出的公式較復(fù)雜，當(dāng)光線垂直入射于薄膜的表面時(shí)，干涉的公式簡(jiǎn)化為：k=1,2,3 干涉極大k=1,2,3干涉極小例1、空氣中的肥皂泡厚度320nm, 折射率n=1.33。在白光的照射下，從正上方看哪個(gè)波長(zhǎng)的光可以呈現(xiàn)出極大？解：由 2nd+/2=kK=1

3、 =1702.4nmK=2 =567.5nmK=3 =340.5nm =567.5nm是可見(jiàn)光，黃綠色。其余不是可見(jiàn)光。11三 、薄膜技術(shù)應(yīng)用例如：較高級(jí)的照相機(jī)的鏡頭由 6 個(gè)透鏡組成，如不采取有效措施，反射造成的光能損失可達(dá) 45%90%。為增強(qiáng)透光，要鍍?cè)鐾改?，或減反膜。復(fù)雜的光學(xué)鏡頭采用增透膜可使光通量增加 10 倍。而激光器兩端裝有反射鏡。就鍍有增反(射)膜。在薄膜干涉中，光線一部分被反射，另一部分則透射進(jìn)入介質(zhì)。干涉極大時(shí)，光線大部分被反射。干涉極小時(shí)，光線大部分被透射。通過(guò)控制薄膜的厚度，可以選擇使透射或反射處于極大，增強(qiáng)表面上的反射或者透射， 以改善光學(xué)器件的性能。稱(chēng)為增透膜，

4、增反膜。在生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。121.增透膜光學(xué)鏡頭為減少反射光，通常要鍍?cè)鐾改?。增透膜是使膜上下兩表面的反射光滿(mǎn)足相消條件。13例：為增強(qiáng)照相機(jī)鏡頭的透射光，往往在鏡頭（n3=1.52）上鍍一層 MgF2 薄膜（n2=1.38），使對(duì)人眼和感光底片最敏感的黃綠光 = 555 nm 反射最小，假設(shè)光垂直照射鏡頭，求：MgF2 薄膜的最小厚度。解：減弱k=1,膜最薄14通常 k 取 2，在該厚度下藍(lán)紫光反射加強(qiáng)，所以我們看到鏡頭表面為藍(lán)紫色。2.增反膜減少透光量，增加反射光，使膜上下兩表面的反射光滿(mǎn)足加強(qiáng)條件。使兩束反射光滿(mǎn)足干涉加強(qiáng)條件例如：激光器諧振腔反射鏡采用優(yōu)質(zhì)增反膜介質(zhì)薄膜層已達(dá)15

5、層，其反射率99.9。加強(qiáng)15等厚干涉：在同一干涉條紋下薄膜厚度相同。一、劈尖 用單色平行光垂直照射玻璃劈尖，由于在同一條紋下的薄膜厚度相同，形成干涉條紋為平行于劈棱的一系列等厚干涉條紋。16由于單色光在劈尖上下兩個(gè)表面反射后形成 、 兩束光。滿(mǎn)足相干光的條件。加強(qiáng)減弱設(shè)光線垂直于底面射入，由薄膜干涉公式：171.劈棱處dk=0,光程差為劈棱處為暗紋2.第 k 級(jí)暗紋處劈尖厚度由183.相鄰暗紋劈尖厚度差4.相鄰條紋間距這里的單位用弧度。19干涉條紋平行等距出現(xiàn)。20播放動(dòng)畫(huà)4.等厚干涉、劈尖、牛頓環(huán) / 一、劈尖21播放動(dòng)畫(huà)4.等厚干涉、劈尖、牛頓環(huán) / 一、劈尖22二、劈尖的應(yīng)用1.測(cè)量微

6、小物體的厚度將微小物體夾在兩薄玻璃片間，形成劈尖，用單色平行光照射。測(cè)出條紋數(shù)及可以算出待測(cè)物體的厚度?；蛴蓴?shù)出有有幾個(gè)條紋就可以測(cè)出待測(cè)物體的厚度,條紋數(shù)不到一條的按0.5條計(jì)。23例：生產(chǎn)晶體管時(shí)要測(cè)量硅片上的二氧化硅薄膜的厚度，通常將硅片的一邊磨成劈尖，（如左圖）。已知sio2的折射率為1.46，用波長(zhǎng)為546.1nm的光垂直照射，觀測(cè)到劈尖上出現(xiàn)7條暗紋。問(wèn)sio2厚度是多少？（si的折射率為3.42。）解：本例中無(wú)半波損失，由 2nd=(2k+1)/2 (k = 0,1,2,3,)sisio2242.檢測(cè)待測(cè)平面的平整度 由于同一條紋下的空氣薄膜厚度相同，當(dāng)待測(cè)平面上出現(xiàn)溝槽時(shí)條紋向

7、左彎曲。待測(cè)平面光學(xué)平板玻璃25三、牛頓環(huán) 將一塊半徑很大的平凸鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，用單色平行光垂直照射，由平凸鏡下表面和平板玻璃上表面兩束反射光干涉，產(chǎn)生牛頓環(huán)干涉條紋?？諝獗∧ず穸认嗤幑獬滩钕嗤?，干涉條紋為一系列同心圓。26由于、 兩束反射光的光程差附加加強(qiáng)減弱項(xiàng)。中心 dk=0,為暗環(huán)。271.與間的關(guān)系28加強(qiáng)減弱2.牛頓環(huán)半徑明環(huán)由29暗環(huán)由由此可知：條紋不是等距分布30例1：以鈉燈為光源，測(cè)得牛頓環(huán)的20級(jí)暗環(huán)直徑d=11.75mm,求透鏡的曲率半徑。解：由313.牛頓環(huán)應(yīng)用測(cè)量未知單色平行光的波長(zhǎng)用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量第 k 級(jí)和第 m 級(jí)暗環(huán)半徑 rk、rm32例2：用曲率

8、半徑為R=4.5m的平凸透鏡做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得第k環(huán)級(jí)暗環(huán)半徑rk=4.95mm,第k+5級(jí)暗環(huán)半徑rk+5=6.065mm,問(wèn)所用的單色光波長(zhǎng)是多少，k又是多少？解：由波長(zhǎng)為K為：33檢測(cè)光學(xué)鏡頭表面曲率是否合格 將玻璃驗(yàn)規(guī)蓋于待測(cè)鏡頭上，兩者間形成空氣薄層，因而在驗(yàn)規(guī)的凹表面上出現(xiàn)牛頓環(huán)，當(dāng)某處光圈偏離圓形時(shí)，則該處有不規(guī)則起伏。驗(yàn)規(guī)3435 美國(guó)物理學(xué)家。1852 年12月19日出生于普魯士斯特雷諾（現(xiàn)屬波蘭），后隨父母移居美國(guó)，畢業(yè)于美國(guó)海軍學(xué)院，曾任芝加哥大學(xué)教授，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)主席,美國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)；還被選為法國(guó)科學(xué)院院士和倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1931年5月9日在帕薩迪納逝世。由于創(chuàng)

9、制了精密的光學(xué)儀器和利用這些儀器所完成的光譜學(xué)和基本度量學(xué)研究，邁克耳孫于1907年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。36 邁克耳孫干涉儀是年美國(guó)物理學(xué)家邁克耳孫和莫雷合作，為研究以太漂移實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的精密光學(xué)儀器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了以太的存在，解決了當(dāng)時(shí)關(guān)于以太的爭(zhēng)論，并為愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)相對(duì)論提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。以后，邁克耳孫又用它作了兩個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，首次系統(tǒng)地研究了光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，以及直接將光譜線的波長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)米尺進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)度單位的標(biāo)準(zhǔn)化。 今天,邁克耳孫干涉儀已被更完善的現(xiàn)代干涉儀取代 , 例如米尺的標(biāo)定及干涉分光工作已改用法布里帕羅干涉儀。但邁克耳孫干涉儀的基本結(jié)構(gòu)仍然是許多干涉儀的基礎(chǔ)。目前根據(jù)邁克耳孫的基本原理研制的各種精密儀器廣泛用于生產(chǎn)和科研領(lǐng)域。37播放教學(xué)片CD5 邁克爾孫干涉儀38 機(jī)械波傳播需要媒質(zhì)，光波傳播人們認(rèn)為也需要媒質(zhì)- “以太” 。 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度大約30km/s,地球上應(yīng)感到 “以太風(fēng)” 的存在。邁克爾孫和莫雷設(shè)計(jì)干涉儀， 測(cè)量以太風(fēng)。播放動(dòng)畫(huà)39半透半反膜補(bǔ)償板M2移動(dòng) / 2 可觀察到移動(dòng)一個(gè)條紋，當(dāng)M2移動(dòng) d ，移動(dòng)了N個(gè)條紋。所以測(cè)出移動(dòng)條紋的數(shù)目即可算出M2移動(dòng)距離