薄膜干涉 ppt课件
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大学物理144薄膜干涉-PPT精品文档
(2)如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层 呈什么颜色? 太原理工大学物理系
(2)透射光的光程差 当
透
透 2en 1
2
k 时，透射光干涉极大
k 1 ,
2 n e 1 2208 nm 1 1 /2
2 n e 1 736 nm 2 1 /2
红光 紫光
§14-4薄膜干涉
本节讨论等倾干涉和等厚干涉，以等厚干涉为主。 一、分振幅干涉装置--薄膜干涉
由薄膜上下表面分别反射的两束反射光为相干 光，薄膜干涉就是要讨论这两束反射光的干涉。
经薄膜上下表面分别反射在薄膜的背面形成两 束透射光，这两束透射光也是相干光，还可以讨 论这两束透射光的干涉。 太原理工大学物理系
太原理工大学物理系
4) 牛顿环的应用
测量透镜的曲率半径
r ( k m ) R r kR
2 k m
2
2 k
r r mR R
2 k m k
r
2 km
测量入射光波长
r m
2 k
检验透镜球表面质量
r r mR
2 km
2
k
工件 标准件
太原理工大学物理系
例6 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛 顿环实验，测得第个 k 暗环的半径为5.63mm,第k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R. 解
太原理工大学物理系
例3 高反膜 在玻璃上交替镀上多层介质膜，增强反射光，称
为高反射膜。 激光谐振腔中的反射镜 要求对波长632.8nm的
ZnS MgF2 ZnS MgF2
单色光有99%以上的
反射率。在玻璃表面交替镀上ZnS和MgF2 （2）只有入射角i变化的情况——等倾干涉
薄膜干涉课件
ek-1 ei ek
ha
h e
a b
h
a b
2
19
例2、为了测量金属细丝的直径，将金属细丝夹
在两块平玻璃板之间，形成劈形空气膜，如图
所示。金属丝和劈棱间距离为D=28.880mm,用波 长 =589.3nm的钠黄光垂直照射，测得30条明纹
间的距离l =4.295mm,求金属丝的直径d。
解：两相邻明条纹所对应 的空气膜厚度差： e
对空气劈尖，n2=1,
e
212
两相邻明纹间距与厚度的关系
13
L——两相邻明（暗）
纹间距
Lsin L
2n2
θ
▲干涉条纹为平行于棱
边的明暗相间的等间距
的直条纹
▲ n2不变，使θ ，则条 纹如何移动？
θ ，则L，条纹变密， 即条纹向棱边移动。
14
劈尖
不规则表面
等厚干涉条纹
（同一厚度对应同一级条纹）
e一定，i同则δ同，对应同一级条纹，i δ k.
屏幕
i
f
S
L
M
n2
观察等倾条纹的实验装置和光路
6
从点光源发出的单条光线的光路
7
从点光源发出的锥面上光线的光路
8
等倾条纹照相
9
三、等厚干涉条纹
等厚干涉：平行光照射在厚度不均匀的 薄膜上产生的干涉。
通常让光几 乎垂直入射
n
在膜表面附近形成明、暗相间的条纹。
n1 i n2 A
1
D
C
2
e
n1 B
4
3
对反射光：
1 、2 在A点同相，在C、D 以
后不产生附加的光程差，
高二物理薄膜干涉PPT课件
反射出来,形成两列波,这两列波频率相同, 所以可以产生干涉; D.若改用白光照射则看不到干涉条纹。
2002上海 3、如图所示为一显示薄膜干 涉现象的实验装置，P是附有 肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃 的酒精灯。往火焰上洒些盐后， 在肥皂膜上观察到的干涉图象
应是下图中的（ ）D
一个人的整个生活既全以儿童时期所受的教导为转移，所以，除非每个人的心在小时候得到培养，能去应付人生的一切意外，否则任何机会都会错 过。——夸美纽斯 家！甜蜜的家！！天下最美好的莫过于家！ 学习不但意味着接受新知识，同时还要修正错误乃至对错误的认识。 被朋友伤害了和被陌生人伤了其实是一样的，别怀疑友情，人家不欠你的，但要提防背叛你的人。 小时候我以为自己长大后可以拯救整个世界，长大后才发现整个世界都拯救不了我。 眼要看远，脚要近迈。 上帝从不埋怨人们的愚昧，人们却埋怨上帝的不公。 一切学科本质上应该从心智启迪时开始。——卢梭 理想的书籍是智慧的铜匙。 青春如此华美，却在烟火在散场。 自然界没有风风雨雨，大地就不会春华秋实。 不去耕耘，不去播种，再肥的沃土也长不出庄稼，不去奋斗，不去创造，再美的青春也结不出硕果。
上帝从不埋怨人们的愚昧，人们却埋怨上帝的不公。 往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（ ）
现象叫薄膜干涉． 一切学科本质上应该从心智启迪时开始。
实验现象:
不同单色光的薄膜干涉条纹 可见，波长λ越长，干涉条纹越宽
1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的 路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中 同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度 相等的地方．由于光波波长极短，所以微 薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察 到干涉条纹．
练习
1、下列现象属于薄膜干涉的有: （ C ）
A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹; B.雨后天空中呈现的彩虹; C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹 D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。
2002上海 3、如图所示为一显示薄膜干 涉现象的实验装置，P是附有 肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃 的酒精灯。往火焰上洒些盐后， 在肥皂膜上观察到的干涉图象
应是下图中的（ ）D
一个人的整个生活既全以儿童时期所受的教导为转移，所以，除非每个人的心在小时候得到培养，能去应付人生的一切意外，否则任何机会都会错 过。——夸美纽斯 家！甜蜜的家！！天下最美好的莫过于家！ 学习不但意味着接受新知识，同时还要修正错误乃至对错误的认识。 被朋友伤害了和被陌生人伤了其实是一样的，别怀疑友情，人家不欠你的，但要提防背叛你的人。 小时候我以为自己长大后可以拯救整个世界，长大后才发现整个世界都拯救不了我。 眼要看远，脚要近迈。 上帝从不埋怨人们的愚昧，人们却埋怨上帝的不公。 一切学科本质上应该从心智启迪时开始。——卢梭 理想的书籍是智慧的铜匙。 青春如此华美，却在烟火在散场。 自然界没有风风雨雨，大地就不会春华秋实。 不去耕耘，不去播种，再肥的沃土也长不出庄稼，不去奋斗，不去创造，再美的青春也结不出硕果。
上帝从不埋怨人们的愚昧，人们却埋怨上帝的不公。 往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是下图中的（ ）
现象叫薄膜干涉． 一切学科本质上应该从心智启迪时开始。
实验现象:
不同单色光的薄膜干涉条纹 可见，波长λ越长，干涉条纹越宽
1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的 路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中 同一明条纹（暗条纹）应出现在膜的厚度 相等的地方．由于光波波长极短，所以微 薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察 到干涉条纹．
练习
1、下列现象属于薄膜干涉的有: （ C ）
A.在水面上的油膜呈现的彩色花纹; B.雨后天空中呈现的彩虹; C.阳光下通过三棱镜得到的彩色条纹 D.肥皂泡上呈现的彩色环纹。
普通物理11.4薄膜干涉PPT课件
干涉现象的产生需要满足相干条件， 即光波的频率相同、相位差恒定、振 动方向相同和传播路径一致。
薄膜干涉的形成机制
薄膜干涉是指光波在薄膜表面反射和折射后形成的干涉现象。当光波入 射到薄膜上时，一部分光波被反射，另一部分光波透射进入薄膜内部。
在薄膜内部，光波会经历折射和反射，多次反射和透射后形成多束相干 光波，这些光波在薄膜表面相遇并相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
发生反射和折射。
屏幕
用于接收干涉条纹，通常选用 白色屏幕。
测量工具
包括显微镜、测微器和角度测 量仪等，用于精确测量薄膜的
厚度和干涉条纹的间距。
实验操作流程
调整光源
调整光源的角度，使光线垂直 照射在薄膜上，确保光路正确。
数据测量
使用测量工具测量薄膜的厚度 和干涉条纹的间距，记录数据。
准备实验器材
按照实验装置图搭建实验装置， 确保所有器材完好无损。
光学信息处理
光束整形与调制
薄膜干涉技术可以对光束进行整形和调制，实现光束的聚焦、散焦、 偏转、调制等操作，用于信息传输、显示和存储等领域。
光波前处理
利用薄膜干涉技术可以对光波前进行调制和处理，实现光束的相干 控制和非线性光学效应等，用于光通信、光计算和光传感等领域。
图像处理与增强
薄膜干涉技术可以用于图像处理和增强，如图像的对比度增强、清晰 度提高、噪声抑制等，提高图像的视觉效果和信息传递能力。
02 薄膜干涉的基本原理
光的波动性
01
光的波动性是指光在传播过程中 表现出的振动和传播的特性。光 波是一种横波，具有振幅、频率 和波长等物理量。
02
光波在传播过程中会与介质相互 作用，产生能量交换和传播方向 的改变，这种现象称为光的干涉 。
薄膜干涉的形成机制
薄膜干涉是指光波在薄膜表面反射和折射后形成的干涉现象。当光波入 射到薄膜上时，一部分光波被反射，另一部分光波透射进入薄膜内部。
在薄膜内部，光波会经历折射和反射，多次反射和透射后形成多束相干 光波，这些光波在薄膜表面相遇并相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
发生反射和折射。
屏幕
用于接收干涉条纹，通常选用 白色屏幕。
测量工具
包括显微镜、测微器和角度测 量仪等，用于精确测量薄膜的
厚度和干涉条纹的间距。
实验操作流程
调整光源
调整光源的角度，使光线垂直 照射在薄膜上，确保光路正确。
数据测量
使用测量工具测量薄膜的厚度 和干涉条纹的间距，记录数据。
准备实验器材
按照实验装置图搭建实验装置， 确保所有器材完好无损。
光学信息处理
光束整形与调制
薄膜干涉技术可以对光束进行整形和调制，实现光束的聚焦、散焦、 偏转、调制等操作，用于信息传输、显示和存储等领域。
光波前处理
利用薄膜干涉技术可以对光波前进行调制和处理，实现光束的相干 控制和非线性光学效应等，用于光通信、光计算和光传感等领域。
图像处理与增强
薄膜干涉技术可以用于图像处理和增强，如图像的对比度增强、清晰 度提高、噪声抑制等，提高图像的视觉效果和信息传递能力。
02 薄膜干涉的基本原理
光的波动性
01
光的波动性是指光在传播过程中 表现出的振动和传播的特性。光 波是一种横波，具有振幅、频率 和波长等物理量。
02
光波在传播过程中会与介质相互 作用，产生能量交换和传播方向 的改变，这种现象称为光的干涉 。
(光学课件)7.薄膜干涉
薄膜近似平行， 出射的两光线近似平行
n sin r n1 sin 1
薄膜装置的干涉图样
薄膜装置在整个交叠区的干涉图样是个复 杂问题 两个实用且较简单的情况：等厚条纹、等 倾条纹
等倾干涉条纹
I I 1 I 2 2 I1I 2 cos(
2
L)
入射角相同的光束形成同一干涉条纹
2
n=1
dk
rk (k 1 2)R
暗条纹
rk
rk kR
牛顿环的干涉条纹特点
圆环半径↑，干涉级↑ 随着圆环半径↑，空气 层上下两面间夹角↑， 条纹越密
标准透镜 被检体
按下时圆 环向外扩 大，中心 保持为暗
被检体
被检体
按下时 圆环向 中心收 缩变少
被检体
牛顿环检测工件
补充讨论
条纹间距的计算
如条纹间距离为 l
l
l
ek
ek 1
l
2n2 sin
条纹与劈角的关系
劈角增大， 条纹变密 劈角减小， 条纹变疏
牛顿环装置
显 微 镜 A－曲率半径很大的凸透镜
B－平面光学玻璃
干涉图样
半反 射镜
r
A
B
随着r的增大而变密
条纹半径
O
R O’ R
rk
明条纹 2d k k
2
k
1 2 n2 d cos r (k ) 2 2
干涉条纹的中心点
亮圆环的位置
亮环的半径 由中心向外数第N个亮环 的级次为m=m0-N>0 入射角为（取小角度近似， 及 ） n1 1
n sin r n1 sin 1
薄膜装置的干涉图样
薄膜装置在整个交叠区的干涉图样是个复 杂问题 两个实用且较简单的情况：等厚条纹、等 倾条纹
等倾干涉条纹
I I 1 I 2 2 I1I 2 cos(
2
L)
入射角相同的光束形成同一干涉条纹
2
n=1
dk
rk (k 1 2)R
暗条纹
rk
rk kR
牛顿环的干涉条纹特点
圆环半径↑，干涉级↑ 随着圆环半径↑，空气 层上下两面间夹角↑， 条纹越密
标准透镜 被检体
按下时圆 环向外扩 大，中心 保持为暗
被检体
被检体
按下时 圆环向 中心收 缩变少
被检体
牛顿环检测工件
补充讨论
条纹间距的计算
如条纹间距离为 l
l
l
ek
ek 1
l
2n2 sin
条纹与劈角的关系
劈角增大， 条纹变密 劈角减小， 条纹变疏
牛顿环装置
显 微 镜 A－曲率半径很大的凸透镜
B－平面光学玻璃
干涉图样
半反 射镜
r
A
B
随着r的增大而变密
条纹半径
O
R O’ R
rk
明条纹 2d k k
2
k
1 2 n2 d cos r (k ) 2 2
干涉条纹的中心点
亮圆环的位置
亮环的半径 由中心向外数第N个亮环 的级次为m=m0-N>0 入射角为（取小角度近似， 及 ） n1 1
薄膜干涉PPT课件
平晶
0
条纹间距 内疏外密
19
第19页/共31页
e 可用 r, R 表示: r2 R2 R e2 2 Re
o·
平凸 R
e r2
透镜
re
2R
1 牛顿环特有的
平晶
2ne
什么情况加？
2
k
( 2k
1
)
2
k 1,2,3, 明 纹
k 0,1,2, 暗 纹 薄膜干涉共有的
将（1）式代入δ的明暗公式，可以解出 第k 级明环和暗环半径rk
经历两次半波损失。反射光相干相
消的条件是： 2n2e (2k 1) / 2
n2 1.38 e n3 1.5
代入k 和 n2 求得：
e
3
3 550109
2.989107 m
4n2 41.38
8
第8页/共31页
反射光相消干涉的条件中取 k=0时，
n1 1
膜的厚度为最小。 此膜同时可能满足反射光干涉
例题：如图，牛顿环装置由三种透明材料组成，
试分析反射光干涉图样。并求第四个明环半径。
在牛顿环左半侧，介质膜上下表面 反射的光都有半波损失，δ=2ne
1.52
1.62
1.75
1.52
e=0处，δ=0形成半圆形0级亮斑，右半侧，介质膜的上 表面反射的光有半波损失，δ=2ne+λ/2，e=0处δ=λ/2，形 成半圆形0级暗斑，两侧干涉图样明暗相反。
【例】分振幅干涉的反射光光程差分析
n1 n2 n3
1有半波损失，2无半波损失
n2( AB
BC ) n1 AN
2
1
n1 i N
2
n2 A
物理PPT课件10.2光程 薄膜干涉
2
2
r kR 暗环半径
2020/4/20
讨 论
明环半径
r (k1)R (k1,2,3,)
2
暗环半径 r kR (k0,1,2,)
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 n1的液体中，条纹如何变？
4）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.
工件 标准件
2020/4/20
测量透镜的曲率半径
rk2 kR
rk2 m(km )R
R
r2 km
rk2
m
2020/4/20
R
r
2r
例2 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光
做牛顿环实验，测得第个 k 暗环的半径为5.63mm , 第 k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R.
解 rk kR
rk5 (k5)R
5 Rr k 2 5 r k 2
R r k 2 5 r k 2 (7 .9m 6)2 m (5 .6m 3)2m 1.0 0 m
5
5 6n 3m 3
2020/4/20
例3 如图所示为测量油膜折射率的实验装置 , 在
平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波
一 光程
光在真空中的速度 c1 00
光在介质中的速度 u1
u1 cn
u n
介质中的波长
n
n
c
真空中的波长
介质的折射率
s1 *Βιβλιοθήκη r1PE1E10co2πs(Tt r1)
s 2*
2020/4/20
2
r kR 暗环半径
2020/4/20
讨 论
明环半径
r (k1)R (k1,2,3,)
2
暗环半径 r kR (k0,1,2,)
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 n1的液体中，条纹如何变？
4）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.
工件 标准件
2020/4/20
测量透镜的曲率半径
rk2 kR
rk2 m(km )R
R
r2 km
rk2
m
2020/4/20
R
r
2r
例2 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光
做牛顿环实验，测得第个 k 暗环的半径为5.63mm , 第 k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R.
解 rk kR
rk5 (k5)R
5 Rr k 2 5 r k 2
R r k 2 5 r k 2 (7 .9m 6)2 m (5 .6m 3)2m 1.0 0 m
5
5 6n 3m 3
2020/4/20
例3 如图所示为测量油膜折射率的实验装置 , 在
平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波
一 光程
光在真空中的速度 c1 00
光在介质中的速度 u1
u1 cn
u n
介质中的波长
n
n
c
真空中的波长
介质的折射率
s1 *Βιβλιοθήκη r1PE1E10co2πs(Tt r1)
s 2*
2020/4/20
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B.在左侧也能观察到类似的条纹 C.观察到的条纹可能是黑白相间的也可能是色 彩相间的
D.观察到的条纹可能是水平的也可能是竖直的
薄膜干涉的应用 a.干涉法检查平面
原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间 形成一个楔形的空气薄层．当用单色光从上面照射时， 入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是 从反射光中看到干涉条纹．
b.增透膜
原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长 的１∕４时，在薄膜的两个面上的反射光，光 程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到 减小反射光，增大透射光的作用
思考６：增透膜能否将所有反射光都抵消
思考７：那么，怎样来确定增透膜的厚度？
牛 顿 环
干涉图样：中央疏 边沿密的同心圆环
思考５：肥皂泡看起来常常是彩色的，雨后公路 积水上面漂浮的油膜，看起来也是彩色的。这些 现象是这样形成的？
七、薄膜干涉
1）现象：明暗 相间条纹
２）相干光的来源：
肥皂薄膜 前表面反射光波 与后表面反射 光波相互 叠加产生干涉
在薄膜的厚度为d处，前后表面反射光 的光程差为２d，则
⑴当 2d k 时，出现亮条纹
⑵当 2d 2k 1 时，出现暗条纹
2ห้องสมุดไป่ตู้
⑶如果薄膜厚度均匀变化，用单色光照射 条 纹间距相等
用白光照射 在同一厚度某一波长的光反射后 增强，另一波长的光反射后减弱，所以出现彩 色条纹
例1、如图4-4所示，竖直的肥皂液膜的横截面， 右侧受到一束平行光的照射，关于肥皂液膜产 生干涉条纹的说法正确的是( ) A.在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液 薄膜左右两个表面反射的两列波迭加生成的
D.观察到的条纹可能是水平的也可能是竖直的
薄膜干涉的应用 a.干涉法检查平面
原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间 形成一个楔形的空气薄层．当用单色光从上面照射时， 入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是 从反射光中看到干涉条纹．
b.增透膜
原理：当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长 的１∕４时，在薄膜的两个面上的反射光，光 程差恰好等于半波长，因而相互抵消，达到 减小反射光，增大透射光的作用
思考６：增透膜能否将所有反射光都抵消
思考７：那么，怎样来确定增透膜的厚度？
牛 顿 环
干涉图样：中央疏 边沿密的同心圆环
思考５：肥皂泡看起来常常是彩色的，雨后公路 积水上面漂浮的油膜，看起来也是彩色的。这些 现象是这样形成的？
七、薄膜干涉
1）现象：明暗 相间条纹
２）相干光的来源：
肥皂薄膜 前表面反射光波 与后表面反射 光波相互 叠加产生干涉
在薄膜的厚度为d处，前后表面反射光 的光程差为２d，则
⑴当 2d k 时，出现亮条纹
⑵当 2d 2k 1 时，出现暗条纹
2ห้องสมุดไป่ตู้
⑶如果薄膜厚度均匀变化，用单色光照射 条 纹间距相等
用白光照射 在同一厚度某一波长的光反射后 增强，另一波长的光反射后减弱，所以出现彩 色条纹
例1、如图4-4所示，竖直的肥皂液膜的横截面， 右侧受到一束平行光的照射，关于肥皂液膜产 生干涉条纹的说法正确的是( ) A.在右侧观察到的干涉条纹是由光线在肥皂液 薄膜左右两个表面反射的两列波迭加生成的