光学2(薄膜干涉)
大学物理薄膜干涉
大学物理薄膜干涉薄膜干涉是光学干涉的一种常见形式，它涉及到两个或多个薄膜层的反射和透射光的相互叠加。
薄膜干涉现象的复杂性使得其在实际应用中具有广泛的应用，例如在光学仪器、光学通信和生物医学领域。
本文将介绍大学物理中薄膜干涉的基本原理及其应用。
一、薄膜干涉的基本原理1、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个波源发出的光波在空间中叠加时，产生明暗相间的条纹的现象。
干涉现象的产生需要满足以下条件：（1）光波的波长和传播方向必须相同；（2）光波的相位差必须恒定；（3）光波的振幅必须相等。
2、薄膜干涉的形成薄膜干涉是指光在两个或多个薄膜层之间反射和透射时产生的干涉现象。
当光线照射到薄膜上时，一部分光线会被反射回来，一部分光线会穿透薄膜继续传播。
由于薄膜的厚度通常很薄，所以光的反射和透射都会受到薄膜的影响。
当多个反射和透射的光线相互叠加时，就会形成薄膜干涉现象。
3、薄膜干涉的公式薄膜干涉的公式可以表示为：Δφ = 2πnΔndλ，其中Δφ为光程差，n为薄膜的折射率，Δn为薄膜的厚度变化量，λ为光波的波长。
当光程差满足公式时，就会形成明暗相间的条纹。
二、薄膜干涉的应用1、光学仪器中的应用在光学仪器中，薄膜干涉被广泛应用于表面形貌测量、光学厚度控制和光学表面质量检测等方面。
例如，在表面形貌测量中，可以利用薄膜干涉原理测量表面的粗糙度和高度变化；在光学厚度控制方面，可以利用薄膜干涉原理控制材料的折射率和厚度；在光学表面质量检测方面，可以利用薄膜干涉原理检测表面的缺陷和划痕等。
2、光学通信中的应用在光学通信中，薄膜干涉被广泛应用于光信号的调制和解调等方面。
例如，在光信号的调制方面，可以利用薄膜干涉原理将电信号转换为光信号；在光信号的解调方面，可以利用薄膜干涉原理将光信号转换为电信号。
薄膜干涉还被广泛应用于光学通信中的信号传输和处理等方面。
3、生物医学中的应用在生物医学中，薄膜干涉被广泛应用于生物组织的光学成像和生物分子的检测等方面。
薄膜干涉-等倾干涉
在等倾干涉中，光线在薄膜的上、下表面反射后发 生相干，形成干涉条纹。
03
等倾干涉广泛应用于光学仪器、光通信等领域，是 光学干涉技术中的重要组成部分。
等倾干涉的条件
1
入射光束必须为平行光束，且入射角相等。
2
薄膜必须具有一定的厚度，且上下表面反射率相 近。
3
入射光波长需满足一定条件，使得光在薄膜中发 生相干。
发展等倾干涉的数值模拟方法
利用计算机模拟等倾干涉现象，预测不同条件下的干涉结果，为实验设计和优化提供指 导。
等倾干涉的实验研究
探索新型的干涉实验技术和装置
开发更先进、更高效的实验装置和方法，提高干涉实验的精度和可靠性。
拓展等倾干涉的应用范围
将等倾干涉技术应用于更多领域，如光学传感、表面检测、生物医学等，发掘其潜在的应用价值。
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THANKS
薄膜干涉的应用
01
02
03
光学检测
利用薄膜干涉现象检测光 学元件的表面质量、光学 薄膜的厚度和折射率等参 数。
光学信息处理
利用薄膜干涉现象实现光 学信息的调制、滤波和合 成等操作。
光学仪器
薄膜干涉现象用于制造各 种光学仪器，如干涉仪、 光谱仪和望远镜等。
02 等倾干涉原理
等倾干涉的概念
01
等倾干涉是指当平行光束入射到薄膜表面时，在等 倾角的位置上产生干涉现象。
实验设备
分束器
将激光分成反射和 透射光束。
观察装置
包括显微镜和屏幕， 用于观察干涉现象。
激光源
用于提供单色相干 光源。
薄膜样品
需要制备不同厚度 和折射率的薄膜样 品。
测量工具
用于测量薄膜厚度 和折射率。
光学中的光的干涉与薄膜干涉
光学中的光的干涉与薄膜干涉光的干涉和薄膜干涉是光学中重要的现象，它们揭示了光波的波动性质和光的干涉效应。
本文将详细介绍光的干涉和薄膜干涉的基本原理、现象以及应用。
一、光的干涉1. 光的干涉原理光的干涉是指两列或多列光波在空间某一点叠加形成明暗相间的干涉条纹的现象。
这是由于光波的波动性质引起的。
根据波动理论，光波是一种横波，能够在空间中传播。
当两列相干光波在某一点相遇时，它们叠加产生干涉现象。
2. 干涉的种类光的干涉可分为两种基本类型，即相干光源的干涉和单色光源的干涉。
相干光源的干涉是指两列来自同一光源的光波相遇产生的干涉现象。
单色光源的干涉是指来自不同光源但具有相同频率和相位的光波相遇产生的干涉现象。
3. 干涉的应用光的干涉在实际生活和科学研究中有广泛的应用。
最常见的干涉应用是干涉仪，例如迈克尔逊干涉仪和杨氏双缝干涉仪，用于测量长度、波长和折射率等物理量。
此外，干涉技术还应用于光学显微镜、光学测量、光路校正等领域。
二、薄膜干涉1. 薄膜干涉原理薄膜干涉是指光波在薄膜表面发生反射和透射时产生的干涉现象。
薄膜是指具有相对较小厚度的透明介质层，例如空气中的水膜、油膜等。
当光波射入薄膜时，一部分光发生反射，一部分光发生透射，这两部分光波相遇后发生干涉。
2. 薄膜干涉现象薄膜干涉会产生明暗相间的干涉条纹，这是由于反射光和透射光在传播过程中发生相位差而引起的。
相位差的大小决定了干涉条纹的明暗程度。
根据入射光的波长、薄膜的厚度和介质的折射率等因素，干涉条纹的间距和亮暗程度不同。
3. 薄膜干涉的应用薄膜干涉在光学领域有重要的应用价值。
例如，薄膜干涉技术可用于制备光学滤波器、反射镜和透射镜等光学元件。
此外，薄膜干涉还被广泛应用于光学涂层、抗反射涂层和光学薄膜的制备等领域。
结论光学中的光的干涉和薄膜干涉是光学波动性质的重要表现，揭示了光波的干涉现象和薄膜干涉特性。
光的干涉通过相遇和叠加产生明暗相间的干涉条纹，而薄膜干涉则是由于反射和透射光在薄膜中的干涉效应。
郭永康光学课件ch4-9
2 d 2 n 2 n0 sin 2 i dh
2 h(n0 sin 2i)
n n sin i
2 2
di
膜厚h很小(～10λ),厚度的变化较角 度的变化对光程差的影响大得多, 扩 展光源也可接收到等厚干涉图样
二. 条纹定域 S P 1
P2
由点光源产生的薄膜干涉 是非定域的混合干涉条纹
Δl
2n
l
d
d
l
2l
d 2 l
2d
25μm
d l ,N , N 100 干涉条纹数目N : h 2n 2 /2 Δl
细丝向劈棱移近或远顶角增大或减小条纹间距减小或增加 d 细丝到劈棱范围内的干涉条纹数目不变 N / 2
2. 牛顿环
T显微镜
2nh cos i
2
S 单色
反射光2 反射光1 A· P
n0
n
h
2
2 2
n0 ( 设 n > n0 )
2h n n0 sin i
2
单色光入射：i 相同--h相同 --光程差相等--同一级条纹 --薄膜厚度相同的地方，反射光线对所产生的光程差相同， 有相同的干涉结果，这种干涉称为等厚干涉
2 rK 5 ( K 5)R
2 2 rK r R 5 K 10m 5
注意：实际问题中牛顿环中心为暗斑---暗纹数实 际上只关心相对量。
Δ 2nh 2
2nh
2
K , K = 1,2,3, 明纹
2nh (2 K 1) , K = 0,1,2, … 暗纹 2 2
第十章 第二讲 薄膜干涉
例2．一平凸透镜放在一平晶面上，用波长 =589.3 nm的单色光 垂直照射 i= 0 ，测量反射光的牛顿环。测得从中央数起的第 k个 暗环的弦长为 lk= 3.00 mm，第k+5个暗环的弦长lk+5= 4.60 mm ， 如图示。求平凸透镜的曲率半径 R . 解：暗环公式 r rk2=kR rk+52=(k+5)R 几何 关系 rk2=d 2+(lk/2)2 rk+52=d 2+(lk+5 /2)2
n1
iD A C
2e n n i r BC sin e cos 透明薄膜 r AB 2 AD AC sin i (2e tanr ) sin i 干涉加强、减弱的条件 n2 sin i sin r 2 = n2 2 1e 2 P n2 n1 sin i r 2
n=1
1)膜厚相同的地方，光程差相同，产生同一级干涉条纹， 条纹是一系列平行于棱边的明暗相间的直条纹. 这种由膜厚决定的干涉条纹称为等厚干涉条纹．
8
2. 劈尖干涉条纹的特点 － － －等厚干涉条纹
1) 条纹是一系列平行于棱边的明暗相间的直条纹.
e
1 (k ) 2 2n
k 1,2, 明纹 k 0,1,2, 暗纹
2
(k=0,1,2,……) 暗纹 ( 2k 1)
t r
2
反射加强时 r = k t =(2k 1) ——透射减弱 2 反射减弱时 r =(2k +1) t = k ——透射加强 2
r 2e n n sin i
2 2 2 1 2
r 2
若两反射光中均有 (或均没有 )半波损失，则不考虑附加光程差 . c．n1< n2< n3, 2 n e 2 n e d ． n > n > n r 2 r 2 1 2 3
光学2(薄膜干涉)
规律：若三种介质的折射率分别为 n1, n2 , n3 并如图排列
n1 n2 n3(或n1 n2 n3)时：
反射光线 2，3的光程差不考虑
1 32
“半波损失”，即：
2n2d
d
否则必须考虑“半波损失”，即
n1 n2 n3(或n1 n2 n3)时：
l
ek
e
ek 1
相邻明纹（或暗纹）处劈尖的厚度差：
2nek
2
k
2nek 1
2
(k
1)
ek1 ek 2n
lsin θ
2n
（ l ：条纹间距）
条纹特点：
（1）明暗相间平行于棱边的直条纹； （2）透射光干涉条纹的明暗位置与反射光情形刚好相反；
（3）相邻明（暗）纹厚度差是劈尖薄膜中的波长的一半；
1、劈尖干涉
干涉条纹 （劈尖折射率为n）
2ne k
明纹
en
2 (2k 1) 暗纹
2
(k 1,2,3 )
棱边处（ e = 0）： 暗纹
2
？ 为什么不考虑玻璃厚度对光程差的影响
因为玻璃板的厚度d为常数，入射角i也等于常数，使得 劈尖上、下两界面的反射光在玻璃中经历了同样的光程，所 以可以将玻璃简化为一个几何面。
等厚干涉：当入射光的波长一定时，厚度相同的地方干涉结果
也相同，这种干涉称为等厚干涉。
讨论：膜为何要薄？ 光的相干长度所限。膜的薄、厚
是相对的，与光的单色性好坏有关。
说明：
两束光线，经过不同光程后叠加，如果只有一束光线在传
播过程中有半波损失，则光程差应附加 2 ；；
如果两束光线都没有半波损失，或者都有半波损失，或者
薄膜干涉的原理和应用公式
薄膜干涉的原理和应用公式1. 薄膜干涉的基本原理薄膜干涉是指当光线从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的折射率不同，光线经过反射和透射后会产生干涉现象。
这种干涉现象可以通过各种颜色的光波的相对干涉强度来观察。
2. 薄膜干涉的应用公式薄膜干涉的应用公式可以通过两种常用形式来表示，分别是薄膜厚度公式和薄膜反射系数公式。
2.1 薄膜厚度公式薄膜干涉中的薄膜厚度公式可以用以下等式表示：2(t1 + t2) = mλ/2其中，t1和t2分别表示两个介质的厚度，m为干涉条纹的次数，λ为波长。
2.2 薄膜反射系数公式薄膜干涉中的薄膜反射系数公式可以用以下等式表示：R = |(n1 - n2)/(n1 + n2)|^2其中，R表示反射系数，n1和n2分别表示两个介质的折射率。
3. 薄膜干涉的应用薄膜干涉广泛应用于光学、材料科学和光电子学等领域中。
3.1 光学薄膜光学薄膜是利用薄膜干涉的原理制备出的具有特定光学性质的薄膜材料。
光学薄膜常用于光学镀膜、光学滤波器和光学反射镜等领域中。
3.2 干涉衍射颜色薄膜干涉还可用于产生干涉衍射颜色。
当光线经过薄膜后发生干涉，不同厚度的薄膜会导致不同颜色的衍射光。
这种现象广泛应用于艺术、装饰和光学展示等领域。
3.3 光学薄膜的光谱分析利用薄膜干涉的原理，可以通过对光通过薄膜的反射特性进行光谱分析。
通过测量薄膜干涉产生的干涉条纹的位置和形状，可以得到物质的光学特性和厚度等信息。
3.4 护眼镜片薄膜干涉还被应用于护眼镜片的制造中。
通过在镜片表面涂覆一层光学薄膜，在光线透过镜片时达到滤除有害光线和改善视觉体验的效果。
4. 总结薄膜干涉是指光线在通过不同折射率介质之间的界面时产生的干涉现象。
薄膜干涉的公式可以通过薄膜厚度公式和薄膜反射系数公式来表示。
薄膜干涉在光学、材料科学和光电子学等领域有广泛的应用，如光学薄膜、干涉衍射颜色、光学薄膜的光谱分析和护眼镜片等。
07薄膜干涉 (2)
观察到的第k级暗纹的半径。
解：设第k级暗纹的半径为r,对
应的空气层厚度为e,则有：
O1
R1
e
e1
e2
r2 2R1
r2 2R2
r
由 ＝2e (2k 1)
2
2
R2
解得第k级暗环：rk
k R1 R2
(R1 R2 )
O2
思考：一平凸透镜（半径R1)和一平凹透镜（半 径R2)如图放置，用波长为λ的单色光正入射，求 从反射光中观察到的第k级明纹的半径。
：104 ~ 105 rad
S·*
1、2两束反射光来自
同一束入射光，它们 可以产生干涉 。
单色平行光
1
n
通常让光线几乎垂直入射。
反射光2 2 反射光1
Ae
设劈尖两边介质相同
平行光垂直入射到劈尖上
反射光2
反射光1
n ·A
设光线在A点 处入射，膜厚为e ，
n
e
n
•光程差 2ne
2
因为 很小，1，2光程差 k, k = 1,2,3, 明纹
径R=2.50m。求：紫光的波长？
R
解：明环半径
(2k 1)R
rk
2
rd
O
rk 16
r2 k 16
rk2
16 R
[2 (k 16) 1]R O
2 以其高精度显示
光测量的优越性 (5.0 10 2 )2 (3.0 10 2 )2 4.0 10 7 m
16 2.50
例题：两平凸透镜，凸球面半径分别为R1、R2,如图 放置，用波长为λ的单色光正入射，求从反射光中
(a)
(b)
(c)
(d)
光学2
光程：
nr
附加光程差
1 2 n1 n2 1/ n3 2/ 1 2 n1
n1 < n2< n3 n 1 > n 2> n 3 无附加光程差
n1 > n2< n3 n1 < n2> n3 n2 有附加光程差 1/ 2/ n3 ' 2 结论：分振幅法实现干涉时须考虑由半波损失引起附 加光程差,当介质折射率依次增大或减小时反射光无附 加光程差，而透射光有附加光程差
n
s1
r1
P x
S
d
s2
r2
D
o
3 2 1 0 1 2 3
r2 r1 d sin
n(r2 r1 ) nd sin
xn d D
x d D
D 明纹： x k d
k 0,1,2,
D 暗纹： x 2k 1 ( k 0,1,2,) 2d D D x xk 1 xk x xk 1 xk d dn
例 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，缝面与 屏距离为 D 求 能观察到的清晰可见光谱的级次 解 在400 ~ 760 nm 范围内，明纹条件为
最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光
xd k D
k λ 红 (k 1) λ 紫
λ紫 400 k 1.1 λ 红 λ 紫 760 400
清晰的可见光谱只有一级
§12-5 薄膜干涉
薄膜干涉：光波经薄膜两表面反射后叠加而形成的 干涉现象（分为膜厚度均匀和不均匀两种情况）
一、等倾干涉
(一)反射光的干涉
光程差：
1
P Q
n2 (ab bc ) n1ad '
《薄膜干涉》 讲义
《薄膜干涉》讲义一、什么是薄膜干涉在日常生活中，我们常常能观察到一些有趣的光学现象，比如肥皂泡表面呈现出的五彩斑斓的颜色，或者是雨天路面上油膜反射出的彩色条纹。
这些现象背后的原理就是薄膜干涉。
薄膜干涉是指一束光在通过薄膜时，在薄膜的上、下表面分别发生反射，这两束反射光相互叠加而产生的干涉现象。
为了更好地理解薄膜干涉，我们先来了解一下光的干涉。
当两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定，它们在相遇的区域就会相互叠加，形成明暗相间的条纹，这就是光的干涉。
薄膜干涉中的薄膜通常是很薄的，其厚度与光的波长相当。
薄膜的上、下表面反射的光会因为光程差的不同而产生干涉。
二、薄膜干涉的产生条件要产生薄膜干涉，需要满足几个条件。
首先，光源必须是相干光。
相干光就是具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的光。
常见的相干光源可以是激光或者通过特殊方法从普通光源中获得的相干光。
其次，薄膜的厚度要均匀或者是逐渐变化的。
如果薄膜厚度不均匀且变化无规律，那么反射光之间的光程差就会杂乱无章，无法形成清晰的干涉条纹。
最后，观察薄膜干涉的角度和环境也会对现象产生影响。
合适的观察角度能够让干涉条纹更加清晰明显。
三、薄膜干涉的分类薄膜干涉可以分为等厚干涉和等倾干涉两种类型。
等厚干涉是指薄膜厚度相同的地方对应同一条干涉条纹。
常见的例子如劈尖干涉和牛顿环。
劈尖干涉是将两块平板玻璃叠在一起，一端插入薄片，在两玻璃片之间形成一个劈尖形的空气薄膜。
当一束平行光垂直入射到劈尖上时，在劈尖的上、下表面反射的光会产生干涉，形成明暗相间的平行条纹。
这些条纹是等间距的，并且间距与薄膜的厚度变化率有关。
牛顿环则是将一个曲率半径很大的平凸透镜放在一块平面玻璃上，在两者之间形成一个空气薄膜。
当光垂直入射时，会在透镜表面看到环形的干涉条纹，中心是暗斑。
等倾干涉是指不同入射角的光经薄膜上、下表面反射后形成的干涉条纹。
这种干涉条纹通常出现在薄膜厚度均匀的情况下。
四、薄膜干涉的应用薄膜干涉在许多领域都有着广泛的应用。
《薄膜干涉》 讲义
《薄膜干涉》讲义一、什么是薄膜干涉当一束光照射到薄膜上时，一部分光会在薄膜的上表面反射，另一部分光会穿过薄膜，在薄膜的下表面反射。
这两束反射光如果满足一定的条件，就会发生干涉现象，这就是薄膜干涉。
薄膜干涉在日常生活中并不罕见，比如我们看到肥皂泡表面的彩色条纹，或者雨天马路上油膜呈现的色彩，都是薄膜干涉的结果。
二、薄膜干涉的原理要理解薄膜干涉，首先得明白光的波动性。
光具有波的特性，就像水波一样，当两列波相遇时，如果它们的频率相同、相位差恒定、振动方向相同，就会发生干涉现象。
在薄膜中，由于上下表面反射的光来自同一光源，所以频率相同。
而它们经过的路程不同，会导致相位差的产生。
具体来说，设薄膜的厚度为 d，入射光的波长为λ，折射率为 n。
对于在薄膜上表面反射的光，其光程为 2nd；对于在薄膜下表面反射的光，由于在穿过薄膜时会有半波损失（即相位突变π），其光程为 2nd ＋λ/2。
当这两束光的光程差等于波长的整数倍时，就会发生相长干涉，出现亮条纹；当光程差等于半波长的奇数倍时，就会发生相消干涉，出现暗条纹。
三、薄膜干涉的条件并不是所有的薄膜都能产生明显的干涉现象。
为了能清晰地观察到薄膜干涉，需要满足一定的条件。
首先，薄膜的厚度要足够小，通常在微米甚至纳米级别。
这样才能保证两束反射光的光程差在光的波长范围内，从而产生明显的干涉条纹。
其次，薄膜的折射率要适中。
如果折射率过大或过小，都会导致反射光的强度过弱，难以观察到干涉现象。
此外，入射光的单色性要好。
也就是说，光源发出的光波长要尽量单一，这样才能保证干涉条纹的清晰和稳定。
四、薄膜干涉的应用薄膜干涉在科学技术和日常生活中有许多重要的应用。
1、光学仪器中的增透膜和增反膜在光学仪器中，为了减少反射光的损失，提高透光率，可以在镜头表面镀上一层厚度适当的增透膜。
增透膜的原理就是利用薄膜干涉，使反射光发生相消干涉，从而减少反射光的强度，增加透射光的强度。
相反，如果需要增加反射光的强度，比如在激光谐振腔中，可以镀上增反膜，使反射光发生相长干涉，从而提高反射率。
大学物理 光的干涉2 (薄膜干涉)
照像机对此波长反射小，可在照像机镜头上镀一层氟化镁MgF2 薄膜，已知氟化镁的折射率 n=1.38 ，玻璃的折射率n=1.55.
求:氟化镁薄膜的最小厚度. 解:两条反射光干涉减弱条件
r1
r2
2nd (2k 1) 2
增透膜的最小厚度
k 1,2,
d
550 d 100nm 4n 4 1.38
光线垂直入射
i 0
入射光
反射光1 反射光2
d
2k 2 2n2 d 2 （2k 1 ） 2
k 1,2, 相长干涉 k 1,2, 相消干涉
2
2k k 1,2, 相长干涉 2 2 2d n2 n12 sin 2 i 2 （2k 1 ） k 1,2, 相消干涉 2
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
例1(教材P19
例22.5)为测量一细金属丝的直径d，按
图办法形成空气劈尖，用单色光照射形成等厚干涉条纹， 用读数显微镜测出干涉明条纹的间距，就可以算出d。
已知单色光波长为589.3 nm，测量结果是：金属丝与劈
解:设空气的折射率为 n1 1.00 油膜和玻璃的折射率分别为 n2 1.30 和 n3 1.50
在油膜上下表面的反射光都有相位突变,所以, 0
反射光光程差干涉极小时,应有:
1 2en2 2k 1 k 2 2
7
设 1 500 nm 对应 k 级干涉极小,
薄膜干涉的原理与应用
薄膜干涉的原理与应用1. 原理薄膜干涉是一种光学现象，产生于两个介质之间的薄膜。
薄膜的厚度一般在几个波长的范围内，因此光线在通过薄膜时会发生干涉，导致光的干涉条纹的出现。
薄膜干涉的原理可以通过以下几个方面来解释：1.反射光干涉：当光线从一个介质进入另一个介质时，会发生一定程度的反射。
如果两个反射光线的相位存在差异，它们在重叠的区域内会发生干涉。
2.折射光干涉：当光线从一个介质进入另一个折射率不同的介质时，会发生折射。
如果两个折射光线的相位存在差异，它们在重叠的区域内会发生干涉。
3.波长选择性：薄膜的厚度和折射率会决定光线的传播路径和相位差的大小。
当光线的波长符合特定条件时，会产生特定的干涉效应。
薄膜干涉的原理可以通过光的波动性和传播性来解释。
干涉效应的产生需要满足相位差为整数倍波长的条件，这样才能形成明暗相间的干涉条纹。
2. 应用薄膜干涉在许多领域都有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用：1.光学涂层：薄膜干涉被广泛应用于光学涂层领域。
通过在光学元件的表面上添加特定厚度的薄膜，可以实现对特定波长的光线进行选择性反射或透射。
这种涂层技术可以用于镜片、滤光片、激光器等光学元件中，以实现特定的光学性能。
2.光学薄膜传感器：薄膜干涉可以被用于制作高灵敏度的光学传感器。
通过控制薄膜的厚度和折射率，可以使传感器对特定物理或化学量的变化非常敏感。
这种传感器可以应用于气体浓度检测、压力传感、湿度测量等领域。
3.反光膜：薄膜干涉也可以用于制作反光膜，将入射光线的大部分反射回去，从而提高能量利用效率。
反光膜广泛应用于太阳能电池、照明设备和光学镜头等领域，以提高光的利用效率。
4.光学干涉滤波器：薄膜干涉滤波器可以选择性地透过特定波长的光线。
这种滤波器可以用于光谱分析、光学通信和光学监测等领域。
5.薄膜干涉在光学相干层析成像（OCT）中的应用也非常重要。
OCT是一种无创的、高分辨率的影像技术，可以用于检测眼科疾病、皮肤病变和心血管疾病等。
薄膜干涉的原理和现象
薄膜干涉的原理和现象薄膜干涉是指光线在光的辐射介质中传播时，遇到由两种或多种不同光密度的介质构成的界面时，由于光的反射和折射而产生交叉干涉现象。
在薄膜干涉中，光线在同一界面上发生反射和透射，再次相遇形成干涉，这种干涉是由于光程差引起的。
薄膜干涉的原理可以从光线的波动性和干涉现象来解释。
根据菲涅尔公式和斯涅尔定律，当光线从一个介质射入另一个介质时，一部分光会发生反射，一部分光会发生折射。
反射光和折射光都是由光波的相干波叠加形成的。
当这两部分光线在界面处重新相遇时，它们会以相干性原理发生干涉现象。
在薄膜干涉中，关键的一个因素是光线在不同介质之间传播时所经过的光程差。
光程差是指光从光源射入薄膜表面后，在薄膜内部和外部的光程之差。
当光程差等于波长的整数倍时，干涉现象将会增强，形成明条纹（亮度增强）；当光程差等于波长的半整数倍时，干涉现象将减弱，形成暗条纹（亮度减弱）。
这种波长选择性的干涉现象，在薄膜干涉中被称为干涉色。
薄膜干涉的现象可以通过杨氏干涉仪来观察和实验。
杨氏干涉仪由一组平行放置的平板薄膜组成，当平行光通过薄膜时，会产生一系列由明到暗的干涉条纹。
这是由于光线在平行薄膜中的反射和干涉所导致的。
干涉条纹的形状和间距与薄膜的厚度、折射率以及入射光的波长有关。
薄膜干涉在物理学、光学和材料科学中有广泛的应用。
它被用于测量薄膜的厚度、折射率以及表面的平整度。
例如，通过观察和分析薄膜干涉条纹的形状和间距，可以获得材料的光学性质和厚度信息。
同时，薄膜干涉也被应用于光学镀膜、光学涂层和光学传感器的制造和设计中。
通过控制薄膜的厚度和折射率，可以实现特定颜色的反射、透射或吸收，从而应用于各种光学和光电学设备中。
总之，薄膜干涉是由光在不同折射率的介质之间传播时，由于反射和透射光的干涉现象所导致的。
干涉现象是由光程差引起的，当光程差满足一定条件时，会形成干涉色以及明暗相间的干涉条纹。
薄膜干涉在光学和材料科学中具有重要的应用价值，可以用于测量材料的光学性质和薄膜的厚度，以及用于制造光学器件。
薄膜干涉知识讲解
薄膜干涉知识讲解
薄膜干涉是物理学中最基础的光学现象，也是产生新型显微镜，光纤光栅，介观化表
面测量仪等光学仪器的基础因素。
薄膜干涉的基本原理及其应用也被用在日常生活中，比
如光学显微镜中常用偏振滤光片就是利用此原理得到的。
一般来说，薄膜干涉是指两个或多个光束相互运动时形成的波干涉现象，即入射光束
通过一个介质（通常是某种半透明物），然后两个等同但相移的光束产生光线干涉现象。
该现象主要由光束穿过不同介质时出现的相移和位移所致，其特殊条件下也只有光束
从薄膜介质(半透明物)中透射时才会出现此现象，表现出的光强分布很不均匀，由此形成
的精致光线，可以被微观处理成非常复杂的光照图案。
薄膜干涉的最常见的应用是用来构建光学显微镜，如断层光学显微镜，弹簧式显微镜，低倍显微镜。
它们都是借助多层薄膜干涉形成的折射后的影像，通过控制光束过程中多次
经过物体映像排列位置等条件，以达到利用薄膜干涉叠加来实现微观对象的放大仪器工作。
此外，薄膜干涉理论也可用于其他光学研究。
如光纤光栅电检测技术、表面测量仪表
面形貌分析、显微镜抗变形仪，光谱仪器研究等等。
这些都可以借助薄膜干涉的原理来完成，而其结果也通常是新型仪器的工作原理。
总之，薄膜干涉是一种由多个光线经过不同介质而产生的光照图案，是光学系统中最
基础的现象。
既可以被用来构建各种新型显微镜、光纤光栅，以及介观表面测量仪等精密
设备，也可以被应用于分析光纤光学研究，表面形貌分析等领域。
通过探索和进一步研究
薄膜干涉的原理，可以更好地应用光学系统，为现代医疗保健，光电行业等带来巨大的科
学繁荣和经济收入。
薄膜干涉原理
薄膜干涉原理薄膜干涉是一种光学现象，它基于光在薄膜中的多次反射和折射所产生的干涉效应。
薄膜干涉现象在日常生活和科学研究中都有广泛应用，例如用于制造彩色反射膜的薄膜涂层、光学仪器的镀膜、光学透镜和反射镜等领域。
本文将介绍薄膜干涉的基本原理以及一些相关的应用。
一、薄膜干涉的基本原理薄膜干涉的基本原理可以用两个光波的相长干涉来解释。
当光波通过一个薄膜时，由于薄膜的存在，光波将发生反射和折射。
在薄膜的两个表面之间形成的空气膜就是一个典型的薄膜系统。
当光波从空气射入薄膜时，一部分光会发生反射，一部分光会进入薄膜中。
这两束光同时存在于薄膜内部，而在薄膜内部的光波会继续反射和折射。
这样，光波将经过多次反射和折射，并在薄膜内部形成一系列的相长和相消干涉。
当光波从薄膜射出时，再次发生一部分反射和折射，最终形成干涉图案。
这些干涉图案通常表现为彩色的条纹，被称为干涉条纹。
干涉条纹的颜色和形状是由光波的频率、薄膜的厚度以及薄膜材料的折射率决定的。
二、薄膜干涉的应用薄膜干涉现象在许多领域都有应用，下面将介绍其中的一些典型应用。
1. 反射膜和镀膜：在光学仪器和光学设备中，薄膜干涉常用于制造反射膜和镀膜。
通过在物体表面镀上薄膜，可以使光在物体表面产生干涉现象，从而实现对光的反射和透射的调控。
这样的反射膜和镀膜可以被广泛应用于镜片、镜头、投影仪和光纤器件等光学设备中。
2. 彩色薄膜：薄膜干涉现象也是制造彩色薄膜的基本原理。
彩色薄膜是通过在透明材料表面基于特定的几何形状布置多层薄膜来产生干涉现象。
不同的几何形状和薄膜厚度会导致不同颜色的干涉条纹，从而实现对光的颜色调控。
彩色薄膜在电子产品、玻璃制品和装饰品等领域中有着广泛的应用。
3. 暗腾腾的薄膜：薄膜干涉现象在“暗腾腾的薄膜”(Thin-film optics)中也得到了广泛的研究和应用。
通过在特定的条件下选择薄膜材料、薄膜厚度和光波的入射角度，可以实现针对特定波长的光的完全反射。
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· ·· ·
n1
e
···
面光源S
i1
n2 > n1 n1 面光源照射
e
入射角相同的光线分布在锥面上，对应同一级干涉条纹。 面光源上不同点而入射角相同的入射光，都将汇聚在同一级干涉环上 （非相干叠加），因而面光源照明比点光源照明条纹明暗对比更鲜明。
3、条纹特征：
（1）定域：条纹经会聚才能观察，定域为无穷远； （2）形状：一系列同心圆环； （3）条纹级次分布：
考虑到“半波损失” 2nd 2 2k k 1,2, 2 2nd 2 （ 2k 1） k 0， 1,2, 2
干涉明纹 干涉暗纹
说明：
两束光线，经过不同光程后叠加，如果只有一束光线在传 播过程中有半波损失，则光程差应附加 2 ；； 如果两束光线都没有半波损失，或者都有半波损失，或者 其中一束有偶数次半波损失，则光程差不附加 2 规律：若三种介质的折射率分别为
d
l sin
由于θ很小
d sin L
2
L
2l 563.1nm
例 为了测量一根细金属丝的直径d，按图办法形成空气劈尖， 用单色光照射形成等厚干涉条纹，用读数显微镜测出干涉 明条纹的间距，就可以算出d。已知:单色光波长为589.3 nm，金属丝与劈尖顶点的距离L=28.880 mm，第1条明条纹 到第31条明条纹的距离为4.295 mm。
例 利用等厚干涉可以测量微小的角度。下图为折射率n=1.4的
劈尖形介质,用 =700nm的单色光垂直照射，测得两相邻明 条纹间距l=0.25cm 求 劈尖角θ 解 l
sin
由于θ很小
2nl
2n
700 10 9 sin 2 2nl 2 1.4 0.25 10 1.0 10 4 rad
2n1d (2k 1) 2
MgF2薄膜的最小厚度
k 0,1,2,
2
1 3 n0
1.00
550 d 100nm 4n1 4 1.38
d
MgF2
n1 1.38 n2 1.55
二、薄膜的等厚干涉
S S
S 一组平行光（即入射角i一定）投射到薄厚不均匀的薄膜上， 其光程差随着厚度e而变化，厚度相同的区域，其光程差相同， 因而这些区域就出现同一级的干涉条纹，故称为等厚干涉。
2k k 1,2, 明纹 2 2 2 2 2e n2 n1 sin i 2 （ 2k 1） k 0， 1,2, 暗纹 2
2、点光源与面光源：
O
r环
P
o f
r环
i1
P f
i1 i1
点光源S
i1
·
i1
a1
a2
L2
D n1 A C n2 > n1 n1 B 点光源照射
③ 检测透镜的曲率半径误差及其表面平整度 ④ 若接触良好,中央为暗纹 —— 半波损失 ⑤ 透射图样与反射图样互补
例 用紫光观察牛顿环时,测得第k级和k+5级暗环的半径分别为
rk 4 mm , rk 5 6 mm 所用透镜的曲率半径 R 10 m
求 紫光的波长和级数k。 解 暗环的半径
·
n1 n2 n1
1
反射光2 反射光1
因 为
e AB BC cos DC ACsin i 2etan sin i
n1sin i n2sin
i
A
2
D
C
B
e
2 光程差 2n2 AB n1DC 2e n2 n12sin 2i
2n2ecos
考虑半波损失,实际光程差为：
潜水员看到油膜呈紫红色
空气
e
2 3
油污
海水
n2
n1
将n1 =1.20 ， e =460nm代入得 红外 红光 紫光 紫外
例 波长550nm黄绿光对人眼和照像底片最敏感。要使照像机对 此波长反射小，可在照像机镜头上镀一层氟化镁 MgF2 薄膜 ，已知氟化镁的折射率n1=1.38，玻璃的折射率n2=1.55。 求 解 MgF2薄膜的最小厚度d。 黄绿光反射干涉减弱的条件
h
ek-1
ek
h
2、牛顿环 （1）牛顿环实验装置及光路
T L M
S
A B
2k （明环） (2)干涉条纹 2d 2 (2k 1) （暗环）
〔
r 2 R 2 ( R d ) 2 2dR d 2
r 2dR ( ) R 2
R 明环半径： r (2k 1) 2
l
2nek k 2
2nek 1 2
ek
e
ek 1
相邻明纹（或暗纹）处劈尖的厚度差：
(k 1)
ek 1 ek lsin θ 2n 2n
（
l ：条纹间距）
条纹特点：
（1）明暗相间平行于棱边的直条纹； （2）透射光干涉条纹的明暗位置与反射光情形刚好相反； （3）相邻明（暗）纹厚度差是劈尖薄膜中的波长的一半； （4）相邻条纹之间对应的劈尖厚度差或间距l均与有无半 波损失无关，半波损失仅影响何处呈明纹与暗纹。 （5） 越小，L 越大，条纹越稀； 越大，L 越小， 条纹越密。当大到某一值，条纹密不可分，无干涉。 （6）当厚度变化时，干涉条纹会发生移动：薄膜增厚，条 纹向棱边移动；反之，则远离棱边。
a h b2
h
ek-1
ek
h
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。由图中相似直角三角形可:
所以:
a h h b ek ek 1 2
a b ba
a h b2
R r (2k 1) 2
可见条纹级次越高，条纹半径越大，由上式得
r2 1 (1.0 102 ) 2 1 k 34.4 7 R 2 5 5.893 10 2
可看到34条明条纹。
(2)若在空气层中充以液体，则明环半径为
R r (2k 1) 2n (2k 1) R (2 46 1) 5 5.893 107 n 1.33 2 2 2 2r 2 (1.0 10 )
求 (1)若一飞行员从上向下观察， 则油层呈什么颜色？
(2)若某潜水员从水下向上观察，则油层呈什么颜色？ 解 (1)两反射光均有“半波损失”，则反射光干涉加强的条件为
2n1e k
将n1 =1.20 ， e =460nm代入得
2 13
k 1， 1104 nm k 2， 552 nm k 3， 368 nm
暗环半径：r
2
〕 C
R
B A k 1,m
k 0,1,2,
2 k
r
r mR
牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。
(3)应用
① 测透镜球面的半径R 已知 , 测 m、rk+m、rk，可得R
样板 待测 透镜 条纹
② 测波长 已知R ，测出m、rk+m、rk，可得
可见牛顿环中充以液体后，干涉条纹变密。
二、薄膜的等倾干涉 对于厚度均匀的薄膜，扩展光源投射到薄膜上的光线的
光程差，是随着光线的倾角（即入射角i）不同而变化的。倾 角相同的光线都有相同的光程差 ，因而属于同一级别的干涉 条纹，这种干涉叫做等倾干涉。
屏幕 扩展光源
透镜
i
i
n
1、光程差的计算
S
n2 AB BC n1DC
求 金属丝直径 d L d 解 sin d d l 2 L 2l L
d
4.295 0.143 17mm 由题知 l 30
直径
L
L 28.880 1 d 0.589 3 10 3 mm l 2 0.143 17 2 0.05944mm
有关考试 考试时间:12月10日（星期四）14:00-15:40 地点：3415,3416（西）
考试内容：
14、15章占45%；17章占55%
（带*章节不属于考试范围）
§12.3 日 常 生 活 中 的 一 些 现 象
分振幅干涉
一、薄膜干涉 （分振幅法获取相干光） 1、薄膜上、下表面反射光的干涉： 反射光线 2，3的光程差：
1、劈尖干涉
干涉条纹 （劈尖折射率为n）
2ne
2
k
(2k 1)
明纹
e n
2
暗纹
(k 1,2,3)
棱边处（ e = 0）：
2
暗纹
为什么不考虑玻璃厚度对光程差的影响
？
因为玻璃板的厚度d为常数，入射角i也等于常数，使得 劈尖上、下两界面的反射光在玻璃中经历了同样的光程，所 以可以将玻璃简化为一个几何面。
n1 , n2 , n3 并如图排列
1 3 2
n1 n2 n3 (或n1 n2 n3 )时：
反射光线 2，3的光程差不考虑 “半波损失”，即：
2n2 d
否则必须考虑“半波损失”，即
d
n1 n2 n3 (或n1 n2 n3 )时：
2n 2 d
n3
n1 n2
1
空气 2
n AB CD 2nd
反射光2和3有“半波损失”吗 反射光2有“半波损失”，3没有
A
D
3
？