第26,27讲 薄膜干涉

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1、薄膜干涉是一种分振幅干涉。人们在日常生活中会经常见到薄膜干涉现象，如阳光下五彩缤纷的肥皂泡，雨后马路边水面上油膜的彩色条纹，经过高温处理后的金属表面所呈现美丽的蓝色，这些都是薄膜干涉现象。薄膜—材料厚度与光波长同数量级12.3薄膜干涉一、光程差分析在一均匀透明折射率为n1的介质中，放入上下表面平行、厚度为e、折射率为n2的均匀介质，设n2＞n1。用扩展光源S照射薄膜，其反射和透射光如下图所示。光线2与3的光程差为设入射光1振幅为A，从电磁理论可以求出一系列反射光2、3、4、5的振幅分别为光线2和光线3是从同一入射光线1分出来的两部分，它们是相干光。所以，我们只考虑前两条

2、出射光2和3的干涉。0.2A、0.192A、0.00768A、1.25×10－5A这是用分振幅法获得的相干光如果用透镜来观察，在透镜的焦平面上会出现干涉条纹。折射定律12几何关系干涉结果（条纹）薄膜12n1n2n3对于同样的入射光来说当反射方向干涉减弱时在透射方向就干涉加强当i不变、e变，则厚度相同处出现同一条纹：等厚干涉当i变、e不变，则入射角相同的入射光产生同一条纹：等倾干涉二、等倾干涉由于薄膜厚度均匀，对某一波长来说,光程差只决定于倾角i。或者说，同一条干涉条纹都是由来自同一倾角的入射光形成的。——等倾干涉条纹。S’1.点光源ii.等倾干涉条纹是一组内疏外密的同心

3、圆环，越向内，级次越高。iii.如光源发出的是复合光，则看到同心彩色圆环。对于级次k对应的条纹，波长大的在环的外侧。i↑,k↓特点：i.当入射角由小变大时，即由视场中央到边缘时，条纹对应的级数k值减小，亦即中央条纹对应的k值最大。薄膜干涉使用扩展光源，虽然相干性不好，但因能在明亮环境观察，所以实用价值高。扩展光源上不同点发出的光线，只要以同一倾角入射，其反射相干光就具有相同的光程差，它们将在同一位置形成同一条干涉条纹。这些干涉条纹强度叠加，使明亮度增加。2.扩展光源3.额外程差的确定①满足n1n3（或n1>n2n2>n3（或n1

4、在光束正入射时即反射光1（或反射光2）有半波损失即两束反射光都没有（或都有）半波损失薄膜12n1n2n3其中一束有半波损失两束都有或都没有半波损失三、增透膜和增反膜增透膜--利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，使反射光因干涉而加强。利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消条件来减少反射，使透射增强。增反膜--在光学器件上镀膜，可以大大提高光学器件的透射率或反射率。自从20世纪40年代以后，真空镀膜技术日臻完善，能够在商业规模上生产可以精密控制厚度的镀层，为现代光学的发展奠定了厚实的技术基础。这就是因为在透镜表面镀了一层氟化镁(MgF2)薄膜的效果。其作用是使胶

5、片最敏感的黄绿光透过的更多一些。这样一来，反色光中黄绿成分减少了，显示的就是黄绿色的补色—蓝红色。补色—油画色彩学中的概念七色中去掉一色剩余的就是这一色的补色照相机镜头、镀膜眼镜片看上去为紫色计算表明，要想在n=1.5的玻璃上镀膜得到100％的透射率，需要折射率为1.22的材料。目前还未寻到。光束在玻璃表面有约4％的反射。一般光学仪器总是由相当数量的透镜、棱镜等光学元件组成。反射面的增加使透射光的能量严重衰减，例如对于有十来个反射面的棱镜型双筒望远镜，这种反射损失可达45％！对更为复杂的潜水艇上的潜望镜，反射面有40多个，因而反射损失竟达90％！光束在界面上的反射不仅造

6、成束能损失，而且由于在界面的反复反射形成多重重影，也使像质变坏。解决的办法就是镀增透膜。高质量的摄影摄像机镜头要有全色的高透光率，需设计复杂的膜系。实际应用中，常需要一些反射率较高的光学元件。如激光谐振腔的反射端，要求反射率达99.9％。这时必须采用多层膜系方法。MgF2：n2=1.38ZnS：n1=2.35垂直入射，作单层计算反射束相干相长时，得最小厚度…n1n2n3=1.513或15层镜头n3=1.5，光垂直入射，使550nm的黄绿光增透，氟化镁镀膜（n2）最小多厚？解：例题1：两束反射光皆经历半波损失相干相消的条件是显然,时膜厚最小前例的增透膜在可见光范围内有没有

7、增反射？解：例题2：两束反射光皆经历半波损失相干相长的条件是可见光波长范围400~700nm,没有可见光增反现象λ1＝500nm和λ2＝700nm相干相消，其间无别的波长消长，求膜厚。解：例题3：所以由于不存在λ3满足则为连续整数因为所以k3不存在，即k1、k2间无其它整数。λ1＝600nm相干相消而λ2＝700nm相干相长其间无别的波长消长，求膜厚。解：例题4：两束反射光皆经历半波损失因在λ1和λ2之间没有其它极大极小所以可得假设存在λ3，使得相长，则有因λ3<λ2，则k3>k2.综上有：因不存在λ3，因而不存在k3，即间不存在整数，因