大学物理课件---薄膜干涉--[福州大学...李培官]

今天是2020年8月27日星期四大学物理课件福州大学至诚学院---薄膜干涉大学物理教研室李培官2第十一章.波动光学薄膜干涉11-3-1.3光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象称为薄膜干涉现象。1.现象：在日常生活中，我们经常可以见到：雨天路面上积水的表面出现彩色的花纹、肥皂泡在阳光下五光十色、昆虫(蝴蝶、蜻蜓等)的翅膀在阳光下形成绚丽的彩色等，这些都是由于光在薄膜上、下两个表面反射的光波相互干涉的结果，称为薄膜干涉。一.薄膜干涉的基本原理4M1M2eASDCBLP1232.薄膜干涉的基本原理：1n2n1niri光线2与光线3的光程差：ADnBCABn12'ireiACADreBCABsintan2sincos由几何关系：rninsinsin21)sinsin(cos2'12irnnre由折射定律：renrnrecos2)sin1(cos2'222光程差：i-nne22122sin25干涉减弱，）（干涉加强,2,10212,2,1222sin222122kkkkinne2sin22'22122inne考虑半波损失光程差i-nne22122sin2等倾干涉:若薄膜厚度不变，光程差随入射角的变化而变化，此时相同倾角的入射光对应同一条干涉条纹，称为等倾干涉；等厚干涉:若入射角不变，光程差随薄膜厚度的变化而变化，此时相同厚度的薄膜对应同一条干涉条纹，称为等厚干涉。3.说明：6【等倾干涉演示动画】78在光学仪器上镀膜,使某种波长的反射光或透射光因干涉而减少或加强,以提高光学仪器的反射率或透射率.增加透射率的薄膜称为增透膜.增加反射率的薄膜称为增反膜.1.增反膜：若给透镜镀上比其折射率更大的材料，单色光垂直入射时，镀膜上下表面反射形成的相干光的光程差讨论:增透(反)膜只对某一特定的波长效果最好.对其它波长效果较差,甚至对某一特定的波长效果可能相反.2/2ne当k干涉加强这时透镜的反射率得到提高，透光量减少例如对λ1=5500(绿光)的增透膜,光学厚度n2e=3λ1/4,光程差δ=2n2e=3λ1/2,绿光相干减弱,透射率最大,对同一光学厚度,反射光相干加强的波长λ2,则2n2e=3λ1/2=kλ2,λ2=3λ1/4=4125(紫光).感光胶片对绿光最敏感.照相机、望远镜镜头成蓝色就是上述原因二.增反膜与增透膜92.增透膜(n1nn2):当单色光垂直入射薄膜表面时,在上下表面反射形成相干光2、3,都有半波损失,其光程差为11n38.1n50.12n空气氟化镁玻璃e123ne22/)12(k3,2,1,0k两束光相干减弱，因2、3光强有差别，故不会完全相消，使反射光减弱，由能量守恒，透射光必定增强。常把高折射材料和低折射材料交替镀多层(13,15,17)称为多层膜.10【例1】玻璃（n=1.52）表面镀一层MgF2薄膜（n=1.38），为使垂直入射的波长为5500Å的黄绿光成为增反膜，求MgF2薄膜的最小厚度？解：对增透膜，有当k=1时，e取极小值。镀膜123空气2n1n玻璃3n注意：增透（反）膜只对某一波长的光效果最好。一定厚度e的薄膜对波长λ1为增透膜，而对波长λ2可能为增反膜.2nek1,2,k2kenmin550199nm221.38en三.解题举例11【例2】为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头（n3=1.52）上镀一层MgF2薄膜（n2=1.38），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光=555nm反射最小，假设光垂直照射镜头，求：MgF2薄膜的最小厚度。解：2)12(k)2,1(k321nnn不考虑半波损失。dninnd2221222sin2k=1,膜最薄24)12(nkd24nd38.14105559m101712【例3】.玻璃（n=1.52）表面镀一层MgF2薄膜（n=1.38），为使垂直入射的波长为5500Å的黄绿光成为增透膜，求MgF2薄膜的最小厚度？解：对增透膜，有当k=0时，e取极小值。镀膜123空气n1n玻璃3n注意：增透（反）膜只对某一波长的光效果最好。一定厚度e的薄膜对波长λ1为增透膜，而对波长λ2可能为增反膜.1,2,k2(21)2nek(21)4kenmin550100nm441.38en13【例4】.如图所示，在折射率为1.50的平板玻璃表面有一层厚度为300nm，折射率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂直射向油膜，问：1)哪些波长的可见光在反射光中产生相长干涉?2)若要使反射光中λ=550nm的光产生相消干涉，油膜的最小厚度为多少?解：(1)因反射光之间没有半波损失，由垂直入射i=0，得反射光相长干涉的条件为3,2,1,22kkenken22k=1时nm73230022.121红光k=2时nm3662/30022.122故反射中红光产生相长干涉。紫外14(2)由反射相消干涉条件为：,2,1,0,21222kken＋2412nke显然k=0所产生对应的厚度最小，即nmne11322.1455042min15欢迎指导谢谢