11.4 薄膜干涉

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1、第五部分波动光学(第11章)一光的干涉（11.1-4）二光的衍射（11.5-7）三　光的偏振与其他（11.8）LuoYilinDepartmentofPhysics,STUMay,2010Email:ylluo@stu.edu.cn11.1光的本性、光源11.2光的相干性光程和光程差11.3分波阵面干涉11.4薄膜干涉11.5光的衍射11.6光栅衍射11.7圆孔的夫琅和费衍射11.8光的偏振现象11.4薄膜干涉11.4.1平行平面薄膜产生的干涉11.4.2楔形平面薄膜（劈尖）干涉11.4.3牛顿环11.4.4迈克耳孙干涉仪利用透明薄膜

2、的第一表面和第二表面对入射光的依次反射，得到两束相干光，这种干涉称为薄膜干涉．11.4.1平行平面薄膜产生的干涉4s1ACBDPLabcd235ePLDC34E5A1B2反射光线的光程差：反射光的光程差利用和反射光的光程差加强减弱PLDC34E5A1B2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PLDC34E5A1B2扩展光源不仅增大了干涉花样的亮度，而且不影响干涉花样的对比度．因为不与光线1平行的光线，都不会在P点相遇。等倾干涉:波膜厚度一定,入射角改变．QLMPLQM干涉条纹是一系列明暗相

3、间的同心圆环．明暗圆环中心所对应的干涉级最高，可能是亮点，也可能是暗点．离圆心越远，干涉级越低．当增加膜的厚度时，圆环半径增大，且有圆环不断从中心向外冒出；当减小时，圆环半径减小，且有圆环不断陷入中心．决定明暗条纹中心位置的关系式为：平行光垂直入射，介于空气和玻璃之间：增反膜增透膜补充例一油轮漏出的油(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

4、将看到油层呈什么颜色?·3154反射光线2，3的光程差透射光线4，5的光程差有附加光程差有附加光程差反射光没有附加光程差有附加光程差没有附加光程差透射光有附加光程差23154解(1)绿色红外紫外反射光的光程差透射光的光程差(2)透射光的光程差红光紫光紫红色11.4.2楔形平面薄膜（劈尖）干涉光程差公式（近似）bS123PacABCD当入射光是平行光时，是个常量，光程差仅由膜厚决定，这时干涉条纹与薄膜的等厚线平行，这种干涉称为等厚干涉.实际上常使SLMT明纹暗纹例2在半导体元件生产中，为了测定硅（）表面（）薄膜的厚度，可将氧化后的硅

5、片用很细的金刚砂磨成如图所示的楔形并做清洁处理后进行测试,已知和的折射率分别为和，用波长为的钠光照射，观测到楔形膜上出现7条暗纹．如图所示，图中实线表示暗纹，第7条暗纹在斜坡的起点M.问薄膜的厚度是多少？解1:这是一个劈尖干涉问题7654321MO故O处为明纹．条纹间隔数为6.57654321MOSiSiO2OM解2：由暗纹条件e=(2k+1)/4n=2ne=(2k+1）/2(k=0,1,2…)知,第7条暗纹对应于k=6,代入上式得=1.31(m)所以SiO2薄膜的厚度为1.31m。注意：没有半波损失！1）干涉膨胀仪劈尖干涉

6、的应用材料的热膨胀系数为：温度长度N从条纹移动可数2）测膜厚条纹数空气3）检验光学元件表面的平整度4）测细丝的直径1.牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SLM半透半反镜T11.4.3牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差2.光程差R光程差明纹暗纹rd暗环半径明环半径非线性关系3.干涉条纹的判据及特征条纹半径r4）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于的液体中，条纹如何变？工

7、件标准件暗环半径明环半径讨论1）暗；亮2）r与d非线性关系3）光程差暗环半径明环半径条纹变密测量透镜的曲率半径暗纹：应用1：例2氦氖激光器发出的激光波长为，以它为光源做牛顿环实验，得到下列的测量结果．第个暗环半径，第个暗环半径为，求平凸透镜的曲率半径R．解:两式平方后相减得11.4.4迈克耳孙干涉仪分光板补偿板反射镜反射镜在上成的像E接收器S面光源S12E总结1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹2）厚度线性增长条纹等间距（劈尖），厚度非线性增长条纹不等间距（牛顿环）3）条纹的动态变化分析（变化时）密密疏左移变密4）

8、半波损失需具体问题具体分析有半波损失没有半波损失A：凸复习思考问题：待检测表面AB1.A和B哪一个是凸的，哪一个是凹的？A凹B凸a.均暗b.左暗右亮2.n1=n2=1.5,n3=1.75a.置于空气中，中心处是暗纹还是亮