工程光学讨论课报告薄膜干涉

工

程

光

学

讨

论

课

报

告

仪表三班

邱长春

目录

一．课题：

二．历史背景：

三．薄膜干涉原理：

四．具体实验：

五．讨论课的提问情况，及问题回答情况记录：六．总结：

课题：

薄膜干涉测量细丝直径

历史背景：

1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，证明光以波动形式存在，而不是牛顿所想象的光颗粒。在历史上第一次测定了光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。

薄膜干涉原理：

由薄膜产生的干涉。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。

薄膜干涉中两相干光的光程差公式为

Δ=ntcos(θt)±λ/2

式中n为薄膜的折射率；t为入射点的薄膜厚度；θt为薄膜内的折射角；±λ/2 是由于两束相干光在性质不同的两个界面（一个是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差。薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。

具体实验：

劈尖干涉测量细丝直径：

原理：

将两片很平的玻璃叠放在一起，一端用细丝将其隔开，两玻璃片之间就形成一个空气薄层。在单色光束垂直照射下，经劈尖上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。

显然，劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉的光程差为

22m 122

h λλδ=+=+（）

（其中h 为空气薄膜厚度，k=1,2,3…）

时，干涉条纹为暗纹与 m 级暗条纹对应的薄膜厚度为：

m h m

2

λ

=

两相邻暗条纹所对应的空气膜厚度差为：

m+1m-1h -h 2

λ

=

如果有两玻璃板交线处到细丝处的劈尖面上共有N 条干涉条纹，则细丝的直径D 为:

)

2/(λN D =

由于N 数目很大，实验测量不方便，为了避免数错，在实验可测出某长度

L x 内的干涉

条纹间隔数x (x=10) ,则可测出单位长度的条纹数

x

x n L =

，测出两玻璃交线处

至细丝的距离L ，则

n N L

=

)

2/(λL L x D x

= 已知入射光波长

λ

，只需测出

x

和

x L ,就可计算出头发丝的直径D 。

实验内容：

1、将细丝夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端用燕尾夹夹住，形成空气劈尖。然后置于移测显微镜的载物平台上。

2、开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。此时显微镜中的视场由暗变亮。调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相互垂直。

3、用显微镜测读出叉丝越过

x

条暗条纹时的距离

L x ,可得到单位长度的条纹数

n。再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量六次，根据式nL

(λ

D=

)

2

/

计算细丝直径D平均值和不确定度。

讨论课的提问情况，及问题回答情况记录：

讨论课演讲我们组由鹤天同学进行演讲，而我则辅助他进行ppt的放映。他以自己绘声绘色的演讲风格把我做的ppt的内容完美的呈现给大家。然后由浩东同学给大家解答问题，期间我们被问到

1．劈尖干涉测量平整度干涉条纹凹陷的方向及代表的含义

2.等倾干涉等厚干涉的区别

3.等厚干涉类比~把一三棱镜放在平板玻璃上的干涉条纹图样及牛顿环干涉图样

我们是如下回答的：

1.干涉级数由低到高，若有凸起则干涉级数高的条纹向干涉级数低的条纹方向凹陷；若有

凹陷干涉级数低的向凹的方向凹陷。

2.等倾干涉：这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成

的干涉条纹．

等厚干涉当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或片间的空气层就形成空气薄膜．

3.牛顿环干涉图样是明暗相间的圆环，中心是亮纹。

三棱镜放置在平行板上的条纹是直的

总结：

经过这次讨论课我深刻的了解到关于光学干涉测量的一系列问题，相对于课堂学习觉得印象更深刻，对于实验的理解更加深刻。经过小组合作，成员之间关系更加亲密。