薄膜干涉讲解ppt课件
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理化生第2627讲薄膜干涉课件
2. 扩展光源
扩展光源上不同点发出的光线，只要以同一倾 角入射，其反射相干光就具有相同的光程差，它们 将在同一位置形成同一条干涉条纹。
这些干涉条纹强度叠 加，使明亮度增加。
薄膜干涉使用扩 展光源，虽然相干性 不好，但因能在明亮 环境观察，所以实用 价值高。
2e
n22
n12
sin 2
i
2
在光束正入射时 2en
所以可得 k1 k2 k
2k 1 22 7
k
1 3
k 3
e k2 3 700 783.6nm
2n2 2 1.34
n1 1
n2 1.30 e
n3 1.5
假设存在λ3，使得相长，则有
例
2n2e 0
(2k1
1)
1
2
2k2
(
2
2
)
2k3
(
3
2
)
因λ3<λ2，则k3 > k2.
题
4 详 细
由于经薄膜上下表面反射的相干光束相交在膜 的附近，因此干涉条纹定域在薄膜附近。
条纹形状由膜的等厚点轨迹决定，观测系统要 调焦于膜附近。
1.劈尖
劈尖是指薄膜两表面互不平行，且成很小角度 的劈形膜。两块平面玻璃板以很小夹角θ垫起，其间 的空气膜就形成空气劈尖 。
12
楔角 ：104 ~ 105 rad
l ek1 ek sin 2nsin
2n
l
ek ek1
iii. 在入射单色光波长一定时
愈小，则 l 愈大，干涉条纹愈疏； 愈大，则 l 愈小，干涉条纹愈密。
l 2n
2ne
2
k
(2k
1)
2
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 。
4.3光的干涉(薄膜干涉)课件高二上学期物理人教版选择性
否平整的装置，所用单色光做光源，检查中所观察
到的干涉条纹是由下列两个表面反射的光线叠加而
成的？
C
A、a的上表面和b的下表面
B、a的上表面和b的上表面
C、a的下表面和b的上表面
D、a的下表面和b的下表面
（2）分析不平整
c凹陷
f凸起
（3）讨论条纹间距的变化
2.增透膜、增反膜
（1）增透膜
增透膜：在透镜表面涂上一层薄膜， 当薄膜的厚度等于入射光的在薄膜 中的波长的1/4时，从薄膜前后两表 面反射回来的光的路程差恰好等于 半个波长，它们干涉相消，减小了 反射光的能量，增强了透射光的能 量，称为增透膜。
应用：在建筑物外玻璃上。 白天屋内人能看到外面的景 物，屋外人只能看到反射的 白云蓝天。
3.牛顿环
思考：同心圆是等间距的吗？
如果放入水中，ຫໍສະໝຸດ 内疏外密【课堂练习】
1. 如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表
面的平滑情况，观察到如图乙所示条纹中的P和Q情况，这说明
A. N的上表面A处向上凸起
BC
B. N的上表面B处向上凸起
C. N的上表面A处向下凹陷
D. N的上表面B处向下凹陷
2. 如图所示，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可
看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的示意
图是(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后
表面分别反射形成的两列波)
C
3、如图所示，是用干涉法检查某厚玻璃的上表面是
由于重力的作用，肥皂薄膜将形成 上薄下厚的楔形。
光从薄膜的前后两个表面反射出来 两个光波，这两列光波的频率相同， 产生干涉。
2.薄膜干涉及产生原因
侧面图
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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空气层厚度变化
L 线膨胀系数
L
L0
dk
dkN
N 2
L L0 1 N
L0 t t0 2L0 (t t0 )
12
例3 用劈尖干涉法检测工件缺陷。 单色光λ垂直入射，干涉条纹如图，每
一条纹弯曲部分的顶点与左边条纹的直线部 分的连线相切。工件表面与条纹变弯处对应 部分，是凸起还是凹陷？凸起的高度或凹陷 的深度为多少？
2
θ愈小，条纹愈疏，θ愈大，条纹愈密。 (3) 空气劈尖顶点处是一暗纹。 (4) 可测量小角度θ、微小直径 D 等。 (5) 测表面不平整度。
8
例1 为了测量一根细的金属丝直径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 尖 顶 点 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。
求 金属丝直径 D。
D
L
9
解 条纹间距
a 4.295 0.14317 mm 30
a sin
2
D
sin D
L
LL
得金属丝直径 D L 0.05944 mm
a2
10
例2 根据薄膜干涉原理制成的测量固体线膨胀 系数的干涉仪，证明样品的线膨胀系数为
N
解 等厚干涉，同一条纹上各点 对应的空气层厚度相等
凹 陷。
凹陷深度： dk1 dk
2
13
3.牛顿环
L S
T M
A OB
用平凸透镜与一平面玻璃相接触构成以触 点为圆心的等厚空气劈尖。
14
当单色光垂直入射到劈尖上时，由空气劈
尖上、下表面反射的光相干叠加，形成干涉条 纹。以接触点为中心的任一圆周上，空气层厚 度相等, 故条纹是等厚干涉条纹, 称为牛顿环。
表面平整度 。
17
例4 用等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径，若
光的波长为589.3nm，用读数显微镜测得牛顿
环第k级暗纹的直径 Dk=6.220mm，第k+1级暗 环直径 Dk+5 = 8.188mm，求透镜的曲率半径为 多少？
解 暗环半径
rk2
kห้องสมุดไป่ตู้R
( Dk 2
)2
rk25
(k
5)R
r 、d 和 R 的关系
C.
r2 R2 (R d)2 2dR d 2
略去二阶小量 d 2 , 得：
r2 2dR
A
或
d r2 / 2R
B
R
r d
15
明纹条件
2 r2 2k , k 1, 2 , 3 ,
2R 2
2
暗纹条件
r2
2 (2k 1)
( Dk5 2
)2
18
两式相减
D2 k5
Dk2
5R
4
平凸透镜的曲率半径
R Dk25 Dk2
4 5
(8.188103)2 (6.220103)2
4 5 589.3109
2.40 m
19
一、等倾干涉
屏幕
反射板
ii
薄膜
透镜
S
3
2.劈尖干涉 两片叠放在一起
的平板玻璃，其一端
的楞边相接触，另一
空气
端被隔开，在上表面
劈尖
和下表面之间形成一
空气薄膜， 称为空气
劈尖。
当单色光垂直入射到劈尖上时，由空气劈
尖上、下表面反射的光相干叠加，形成干涉条 纹。
4
干涉条纹的形成
L
S.
明暗
T
纹纹
中中 a
心心
M
2
dk dk+1
W
5
利用薄膜干涉中，光垂直入射干涉相长和
光程差为 2n2 AB n1DC
2d n22 n11 sin 2 i 2n2d cos
若两束光都是由光疏媒质向光密媒质反射 的，或都是由光密媒质向光疏媒质反射的，则 不考虑半波损失；否则 ，应考虑半波损失。
考虑半波损失，光程差为
2n2d
cos
2
2
相长干涉与相消干涉
, k 0,1, 2,
2R 2
2
明纹半径
r (2k 1) R , k 1, 2 , 3 ,
2
暗纹半径 r kR , k 0 , 1, 2 ,
16
讨论
1.由式子 d r2 / 2R ，可知离中心愈远，
光程差增加愈快，牛顿环愈密。 2. 若接触良好，中央为暗纹—半波损失。 3.利用牛顿环可测透镜的曲率。 4. 可用来检测透镜的曲率半径误差及其
干涉相消条件，得
2d 2k , k 1, 2 , 3 ,
2
2
— 明纹条件
2d (2k 1) , k 0 , 1 , 2 ,
2
2
— 暗纹条件
同一明纹或暗纹都对应相同厚度的空气层，
故为等厚条纹。
6
两相邻明纹（或暗纹）对应空气层厚度差
2k , k 1, 2 , 3 ,
2
— 相长干涉
(2k 1) , k 0 , 1 , 2 , — 相消干涉
2
光线垂直入射时， i 0
光程差为
2n2d
2
当 等于半个波长的整数倍时，干涉相长；
当 等于半个波长的奇数倍时，干涉相消。
利用式子 2nd 2k
2
2
得 d dk1 dk
(k 1) k
2
22
明暗 纹纹
中中 a
心心
dk
2
dk+1
厚度差为光在劈尖介质中波长的 1 / 2。
两相邻明、暗纹厚度差为 4。
7
讨论
(1) 同一厚度d 对应同一级条纹——等厚条纹。
(2)两相邻明纹（或暗纹） 满足 asin θ ，
13.5 薄膜干涉
一、等厚干涉
1.薄膜干涉
S
两光线到C点的光程差
n2 ( AB BC) n1DC 而 AB BC d
cos
2D
1i
n1
d A C n2
B
n1
DC ACsin i 2d tan sin i
根据折射定律 n1 sin i n2 sin
1
2L0 (t t0 )
其中，AB ，A´B´为平玻 A
B
璃板，W 为待测样品，入
射光波长为 ， L0和L 分 C
别为温度为 t0 和 t 测得样
W
品长度， t0→t，有N 条条 A
B
纹通过某一刻度线。
11
解 温度为 t0 时，k 级暗纹处空气层厚度
dk k 2
温度升到 t 时
dk-N (k N) 2