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时间:2020-07-28
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1、n1n2n3§17-5薄膜干涉—等厚条纹1.等厚干涉条纹ibaa’b’ABC当一束平行光入射到厚度不均匀的透明介质薄膜上,如图所示,两光线a和b的光程差:当i保持不变时,光程差仅与膜的厚度有关,凡厚度相同的地方光程差相同,从而对应同一条干涉条纹---等厚干涉条纹。为此,明纹和暗纹出现的条件为:明纹暗纹实际应用中,通常使光线垂直入射膜面,即,光程差公式简化为:等厚干涉条纹:为因为半波损失而生产的附加光程差。当薄膜上、下表面的反射光都存在或都不存在半波损失时,其光程差为:当反射光之一存在半波损失时,其光程差应加上附加光程/2,即:等厚干涉条纹劈尖:薄膜的两个表面是平面,其间有很小夹角。
2、2.劈尖膜2.1劈尖干涉光程差的计算=2nen·A反射光2反射光1入射光(单色平行光垂直入射)e空气介质+/2当光从光疏介质入射到光密介质的表面反射时劈尖膜B2.2劈尖明暗条纹的判据当光程差等于波长的整数倍时,出现干涉加强的现象,形成明条纹;当光程差等于波长的奇数倍时,出现干涉减弱的现象,形成暗条纹。明纹暗纹劈尖膜……2.3劈尖干涉条纹的特征(1)明、暗条纹处的膜厚:一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。劈尖膜2.3劈尖干涉条纹的特征(2)相邻明纹(或暗纹)所对应的薄膜厚度之差e=ek+1-ek=(2k+1)/4n-(2k-1)/4n=/2n相邻明纹(或暗纹)所对应
3、的薄膜厚度之差相同。ekek+1e明纹暗纹劈尖膜2.3劈尖干涉条纹的特征(3)两相邻明纹(或暗纹)的间距结论:a.条纹等间距分布b.夹角越小,条纹越疏;反之则密。如过大,条纹将密集到难以分辨,就观察不到干涉条纹了。L=e/sin≈e/≈/2nLe明纹暗纹Le劈尖膜2.3劈尖干涉条纹的特征劈尖干涉条纹是一系列明暗相间的、等间距分布的、平行于棱边的平直条纹。劈尖干涉条纹劈尖膜例1在半导体元件生产中,为了测定硅片上SiO2薄膜的厚度,将该膜的一端腐蚀成劈尖状,已知SiO2的折射率n=1.46,用波长=5893埃的钠光照射后,观察到劈尖上出现9条暗纹,且第9条在
4、劈尖斜坡上端点M处,Si的折射率为3.42。试求SiO2薄膜的厚度。SiSiO2OM解:由暗纹条件e=(2k+1)/4n=2ne=(2k+1)/2(k=0,1,2…)知,第9条暗纹对应于k=8,代入上式得=1.72(m)所以SiO2薄膜的厚度为1.72m。劈尖膜例2为了测量金属细丝的直径,把金属丝夹在两块平玻璃之间,形成劈尖,如图所示,如用单色光垂直照射,就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹的间距,就可以算出金属丝的直径。某次的测量结果为:单色光的波长=589.3nm金属丝与劈间顶点间的距离L=28.880mm,30条明纹间得距离为4.295mm,求金属丝的直径D?LD劈尖膜
5、解相邻两条明纹间的间距其间空气层的厚度相差为/2于是其中为劈间尖的交角,因为很小,所以代入数据得劈尖膜.S分束镜M显微镜o牛顿环装置简图平凸透镜平晶牛顿环:一束单色平行光垂直照射到此装置上时,所呈现的等厚条纹是一组以接触点O为中心的同心圆环。牛顿环光程差的计算牛顿环干涉条纹的特征牛顿环的应用3.牛顿环3.1牛顿环实验装置及光路3.2反射光光程差的计算=2e+/2eA牛顿环123.3牛顿环干涉条纹的特征(1)明暗条纹的判据rRe0由几何关系可知(R–e)2+r2=R2R2-2Re+e2+r2=R2e=r2/2R牛顿环3.3牛顿环干涉条纹的特征k=0,r=0中心是暗斑……牛顿环
6、干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。牛顿环3.3牛顿环干涉条纹的特征(2)相邻暗环的间距内疏外密牛顿环3.3牛顿环干涉条纹的特征牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。牛顿环4.劈尖干涉的应用4.1依据:测表面不平度测波长:已知θ、n,测L可得λ测折射率:已知θ、λ,测L可得n测细小直径、厚度、微小变化Δh待测块规λ标准块规平晶等厚条纹待测工件平晶劈尖应用4.2应用:5.1依据:公式测透镜球面的半径R:已知,测m、rk+m、rk,可得R。测波长λ:已知R,测出m、rk+m、rk,可得λ。检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹5.牛顿环的应用5.2应用:例3利用空气劈尖的
7、等厚干涉条纹可以检测工件表面存在的极小的加工纹路,在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃,使其间形成空气劈形膜,用单色光照射玻璃表面,并在显微镜下观察到干涉条纹,abhbahek-1ek如图所示,试根据干涉条纹的弯曲方向,判断工件表面是凹的还是凸的;并证明凹凸深度可用下式求得:等厚干涉条纹解:如果工件表面是精确的平面,等厚干涉条纹应该是等距离的平行直条纹,现在观察到的干涉条纹弯向空气膜的左端。因此,可判断工件表面是下凹的,如图所示。由图中相似直角三
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