高中物理奧林匹克競賽-薄膜干涉(共30張課件)

AB一、透鏡不引起附加的光程差A(yù)B焦平面費馬原理導(dǎo)出的重要結(jié)論：物點和像點之間各光線的光程都相等。即物像之間等光程。14-3-薄膜干涉PL一薄膜干涉的光程差DC34E5A1B2反射光的光程差加強減弱PLDC34E5A1B2透射光的光程差注意：透射光和反射光干涉具有互補性，符合能量守恒定律.根據(jù)具體情況而定PLDC34E5A1B2光程差決定于入射角，焦平面上同一干涉條紋上各亮點（暗點）對應(yīng)相同的入射角。等傾干涉條紋當(dāng)光線垂直入射時且當(dāng)時當(dāng)時注意當(dāng)光垂直入射到薄膜時，干涉加強或減弱由薄膜厚度決定。干涉加強時可觀察到一片亮，減弱時可觀察到一片暗。無干涉條紋?。?！例1在金屬鋁的表面，經(jīng)常利用陽極氧化等方法形成一層透明的氧化鋁(Al2O3

)薄膜，其折射率n=1.80.設(shè)一磨光的鋁片表面形成了厚度d＝250nm的透明氧化鋁薄層，問在日光下觀察，其表面呈現(xiàn)什么顏色？（設(shè)白光垂直照射到鋁片上，鋁的折射率小于氧化鋁的折射率）解：12dn鋁表面呈橙紅色例

一油輪漏出的油()污染了某海域,在海水()表面形成一層薄薄的油污.（1）如果太陽正位于海域上空,一直升飛機的駕駛員從機上向下觀察,他所正對的油層厚度為460nm，則他將觀察到油層呈什么顏色?（2）如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油層呈什么顏色?解：（1）

飛機駕駛員觀察到的是反射光的干涉現(xiàn)象干涉加強：舍去綠色舍去飛機駕駛員觀察到油層呈綠色。例

一油輪漏出的油()污染了某海域,在海水()表面形成一層薄薄的油污.（1）如果太陽正位于海域上空,一直升飛機的駕駛員從機上向下觀察,他所正對的油層厚度為460nm，則他將觀察到油層呈什么顏色?（2）如果一潛入該區(qū)域水下,又將看到油層呈什么顏色?解：（2）潛水員觀察到的是透射光的干涉現(xiàn)象干涉加強：舍去紅色潛水員觀察到油層呈紫紅色。有半波損失無半波損失紫色舍去玻璃氟化鎂為增透膜

增透膜和增反膜利用薄膜干涉還可以提高或降低光學(xué)器件的透光率.例2為了增加透射率,求氟化鎂膜的最小厚度.已知空氣,氟化鎂,23解

減弱取則（增強）有半波損失劈尖角二劈尖明紋暗紋SMθ

很小，入射光垂直入射.空氣劈尖（明紋）（暗紋）劈尖干涉討論1）棱邊為暗紋.3）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉每一條紋對應(yīng)劈尖內(nèi)的一個厚度，(等厚干涉條紋）當(dāng)此厚度位置改變時，對應(yīng)的條紋隨之移動.

4）干涉條紋的移動

例有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角,用波長的單色光垂直入射時,測得干涉條紋的寬度,求這玻璃的折射率.解

例波長為680nm的平行光垂直地照射到12cm長的兩塊玻璃片上，兩玻璃片一邊相互接觸，另一邊被厚0.048mm的紙片隔開，試問在這l2cm內(nèi)呈現(xiàn)多少條明條紋?

解：b2ltanq=b2ltanq=d/L2l=d2l=L=680×1202×0.048=0.85

(mm)

Ldq棱處為暗條紋141條明條紋Lk===1411200.85b2）測膜厚1）干涉膨脹儀劈尖干涉的應(yīng)用Si空氣3）檢驗光學(xué)元件表面的平整度4）測細(xì)絲的直徑

例：用波長為的單色光垂直照射到空氣劈尖上，從反射光中觀察干涉條紋，距頂點為L處是暗紋，使劈尖角連續(xù)變大，直到該處再次出現(xiàn)暗條紋為止，求劈尖角的改變量。三牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差

牛頓環(huán)實驗裝置牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SLM半透半反鏡T明暗相間同心圓環(huán)內(nèi)疏外密由內(nèi)到外級次遞增特點R光程差明紋暗紋rd暗環(huán)半徑明環(huán)半徑

1）從反射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？從透射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？3）將牛頓環(huán)置于的液體中，條紋如何變？暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論同一級次，圓環(huán)半徑減小，圓環(huán)收縮4）平移平凸透鏡時，條紋如何變化膜厚增加時向外涌出膜厚減少時向內(nèi)湮沒測量透鏡的曲率半徑應(yīng)用:用來測量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等.工件標(biāo)準(zhǔn)件

例3

用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第k個暗環(huán)的半徑為5.63mm,

第k+5暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解總結(jié)

1）干涉條紋為光程差相同的點的軌跡，即厚度相等的點的軌跡b2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距3）條紋的動態(tài)變化分析（變化時）4）半波損失需具體問題具體分析例題：使用單色光來觀察牛頓環(huán)，測得某一明環(huán)的直徑為3.00mm，在它外面第五個明環(huán)的直徑為4.60mm，所用平凸透鏡的曲率半徑為1.03m，求此單色光的波長。解：第k級明環(huán)半徑22=rk2k-1Rl=rk+52(k+5)-122Rl2=2k+9Rl=5Rl2