光学讲稿——等厚干涉(劈尖)

讲稿 讲授内容
复习旧课
复习薄膜干涉的光程差。
更新内容
j
2d
n22

n12
sin
2
i

2
(或0)
j 0,1,2,
2 j 1 2
----明纹 ----暗纹
引入新课
薄膜干涉中，入射倾角和薄膜厚度决定光程差，这也决定了干涉结 果。薄膜厚度均匀时，光程差是入射倾角的函数，即形成薄膜等倾干涉。 那么，当入射光垂直入射（即入射倾角 0°时），光程差就是薄膜厚度的 函数，即当薄膜厚度相同时干涉结果相同——等厚干涉，其干涉图样形
本节系统讲授等厚干涉中的劈尖干涉（薄膜厚度线性变化）干涉图 样及应用。
新课讲授
一.劈尖干涉
设光垂直入射，


2nd

2



j 2 j 1
----明纹 ----暗纹
2
j 0,1,2,
棱边处(d=0)，对应 j=0 的暗纹
d暗

j 2n

jn 2
d明
（2
j 1) 4n
（2
j
1)n 4
第1页共3页
讲稿 讲授内容
更新内容
1.讨论：
(1)每级明或暗条纹与一定的膜厚 d 相对应，干涉图样为平行于棱边的直
条纹。
----劈尖干涉
(2)棱边(d=0)处，有半波损失时形成暗纹。
(3)相邻两明(或暗)纹对应劈尖的厚度差 d n
(4)相邻两明(或暗)纹之间的距离
2n 2
l n ----等间距 2n 2
(5)条纹总条数 N (6)条纹变化
N D L d l
劈尖的上表面转动和平移时，棱边明暗变化?条纹间距变化？条纹条
数变化？条纹移动？
思考：棱边明暗变化？条纹间距？条纹条数变化？条纹移动？
2. 劈尖干涉的应用 (1)测细丝的直径 d L
2n l
(2)测膜厚 d N 2n1
(3)干涉膨胀仪 l N 2
(4)检验光学元件表面的平整度 h b' b2
1 32 6
二.薄层色
入射光是复色光？从某一角度观察薄膜 思考：蜻蜓翅膀？油膜表面？肥皂泡表面？…… 分析：由于各种波长的光各自在薄膜表面形成自己的一套干涉条纹，互 相错开，因而在薄膜表面形成彩色的花纹。
作业布置：
教材 41 页 例 1 例 2
思考题：肥皂泡的薄层色变化原因？
参考书目：
（1）姚启钧《光学教程》（第四版） （2）赵凯华 《光学》（新概念）
第3页共3页
例题讲解：
[例]为测定 Si 上的 SiO2 厚度 d，可用化学方法将 SiO2 膜的一部分腐蚀 成劈尖形。现用λ =589.3nm 的光垂直入射,观察到 7 条明纹, 问 d=? (已知 Si: n1=3.42，SiO2: n2=1.50)
归纳总结：
由光程差的决定因素入手，引入劈尖（薄膜厚度线性变化）干涉的 基本概念、图样形成原因、特点、光程差的计算方法及应用，给出薄膜 干涉的相长与相消条件，并举生活中的实例说明薄膜干涉的现象；结合 劈尖干涉在实际生活中的应用，提高学生理论联系实际、解决实际问题 的能力。通过本节课学习，要求同学们掌握等厚干涉（劈尖干涉）的图 样形成原因、特点、光程差的计算方法及应用；并能够应用劈尖干涉图 样分析和解决简单的物理问题。
从某一角度观察时，其叠加结果将是某些波长的光强最大，某些波 长的光强最小，还有某些波长的光强介于最大最小之间，当干涉级不大 时条纹是彩色的。
思考题：肥皂泡的薄层色变化原因？
第2页共3页
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更新内容
讨论：
（1）劈尖的上表面转动和平移时，棱边明暗变化?条纹间距变化？条 纹条数变化？条纹移动？
（2）蜻蜓翅膀、油膜和肥皂泡表面的彩色花纹？ （3）肥皂泡的薄层色变化原因？
1.当d均匀时，δ(i)——等倾干涉
(d,i)

2.当i=0°时，δ(d)——等厚干涉
成原因、特点、光程差的计算方法ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应用。
(d,i)

1.当d均匀时，δ(i)——等倾干涉

2.当i=0°时，δ(d)——等厚干涉
等厚干涉δ (d)：劈尖——薄膜厚度线性变化 牛顿环——薄膜厚度非线性变化