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光程差与薄膜干涉
2.如果光源是扩展光源，每一点都可以发出一束近似 平行的光线，以不同的入射角入射薄膜，在反射方向 上放一透镜，每一束平行光会在透镜焦平面上会取聚 一点。当薄膜厚度一定时，在透镜焦平面上每一干涉 条纹都与一入射角对应，称这种干涉为等倾干涉。
用同样的办法可以推导透射光的光程差。
16
四、薄膜干涉的应用
在光学器件中，由于表面上的反射与透射，在器 件表面要镀膜，来改变反射与透射光的比例。可有增 透膜，增反膜。
2d n22 n12 sin2 i 2n2d
(2k 1) (k 1,2)
2
d (2k 1)
4n2
k=1,膜最
薄
d
4n2
555 10 9 4 1.38
1 10 7 m
19
3.劈尖干涉
用单色平行光垂直照射 玻璃劈尖。
干涉条纹为平行于劈棱
的一系列等厚干涉条纹。
单色光以入射角 i 从折 射率为 n1介质 进入折射率 为n2 的介质，
①
i
②
n1 n2 d
在薄膜的上下两表面产生的反射 光 ①光、② 光，满足相干光的 5 个
n3
条件，能产生干涉，经透镜汇聚， 在焦平面上产生等倾干涉条纹。
从焦点 P 到 CD 波面，两
条光的光程差为 0，则在未 考虑半波损失时① 光、② 光的光程差为：
在劈尖 b 中传播距离为
S
o
l1 ,则由双缝 S1 和 S2 分 别到达 o 点的光线的光
2
S2
b
程差满足下式:
n 1l1 k (1)
9
设 o 点由此时第一次变为最暗时,光线 2 在劈尖 b 中传
播的距离为 l2 ,则由双缝 S1 和 S2 分别到达 o 点的两光 程差满足下式
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 。
高中物理奥林匹克竞赛——薄膜干涉(共30张PPT)
A
C
d
(k 0,1,2, ) M2 n1
B
E
45
Δr 2d
n2 2
n2 1
sin2
i
/
2
根据具体 情况而定
光程差决定于入射角，焦平面上同一干涉条纹上各亮
点（暗点）对应相同的入射角。 等倾干涉条纹
n2 n1
L
2 1
iD 3
M1 n1 n2
A
C
M2 n1
B
E
45
➢ 透射光的光程差
P
Δt 2d n22 n12 sin 2 i
r
2
k
=5
R
=
r
2
k+
5
r
2
k
5R
(r k + 5 r k ) (r k + 5+ r k )
=
5R
(d k + 5 d k) (d k + 5 + d k )
=
4 ×5R
=5.19×10-4 (mm) =590 (nm)
n0 1.0 损失 d n1 1.2
n2 1.3
有半波 损失
k 4 时， 315.4 nm舍去
k 2 时， 4n1d / 3 736 nm 红色
潜水员观察到油
k 3 时， 4n1d / 5 441.6 nm 紫色 层呈紫红色。
增透膜和增反膜
利用薄膜干涉还可以提高或降低光学器件的透光率.
论
2
暗环半径 r kR (k 0,1,2, )
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？
高二物理薄膜干涉PPT课件
高二物理薄膜干涉Pቤተ መጻሕፍቲ ባይዱT课件
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二、薄膜干涉中的色散
让一束光经薄膜的两个表面反射 后，形成的两束反射光产生的干涉 现象叫薄膜干涉．
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．
应是下图中的（ ）D
就算学习和生活再艰难，也要一边痛着，一边笑着，给生活一张漂亮的脸。 不要在你的智慧中夹杂着傲慢。不要使你的谦虚心缺乏智慧。 你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 勇猛大胆和坚定的决心能抵得上武器的精良。——达芬奇 通过辛勤工作获得财富才是人生的大快事。——巴尔扎克 如果你是一名将领在战场上出现了一个比你要小上很多的敌方将领，而你用年龄来评价对方的实力那么我可以准确的告诉你你老的可以退休了。 友谊只能在实践中产生并在实践中得到保持。
2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹， 阳光下的肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩 色等都是薄膜干涉．
白光的薄膜干 涉条纹 ——彩色条纹
水面上的油膜呈彩色
实验分析:
实验分析:
薄膜干涉的应用（一） ——检查表面的平整程度
标准样板 空气薄层 待检部件
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一 薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜， 用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列 光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹
反射出来,形成两列波,这两列波频率相同, 不同单色光的薄膜干涉条纹
（优质）高二物理薄膜干涉 PPT课件
二、薄膜干涉中的色散
让一束光经薄膜的两个表面反射 后，形成的两束反射光产生的干涉 现象叫薄膜干涉．
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．
应是下图中的（ ）D
就算学习和生活再艰难，也要一边痛着，一边笑着，给生活一张漂亮的脸。 不要在你的智慧中夹杂着傲慢。不要使你的谦虚心缺乏智慧。 你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 勇猛大胆和坚定的决心能抵得上武器的精良。——达芬奇 通过辛勤工作获得财富才是人生的大快事。——巴尔扎克 如果你是一名将领在战场上出现了一个比你要小上很多的敌方将领，而你用年龄来评价对方的实力那么我可以准确的告诉你你老的可以退休了。 友谊只能在实践中产生并在实践中得到保持。
2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹， 阳光下的肥皂泡和水面飘浮油膜出现彩 色等都是薄膜干涉．
白光的薄膜干 涉条纹 ——彩色条纹
水面上的油膜呈彩色
实验分析:
实验分析:
薄膜干涉的应用（一） ——检查表面的平整程度
标准样板 空气薄层 待检部件
取一个透明的标准样板，放在待检查的部件表面并在一端垫一 薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜， 用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列 光形成相干光，从反射光中就会看到干涉条纹
反射出来,形成两列波,这两列波频率相同, 不同单色光的薄膜干涉条纹
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设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级 处，它必须同时满足：r2r1(n1)hh
n
k
1
6
例2.在双缝干涉实验中，波长 =5500Å 的单色
平行光垂直入射到缝间距a =210-4m 的双缝上， 屏到双缝的距离 D = 2m． 求： (1)中央明纹两侧的两条第 10 级明纹中心的 间距; 2)用一厚度为 e=6.6 10-6m 、折射率 为n=1.58 的玻璃片覆盖一缝后,零级明纹将 移到原来的第几级明纹处 ?
2
设光在折射率为 n 的介质中传播的几何路程为 L，
则 Lvt
n C 有 Lct即nLct
v
n
定义：
光程：光在介质中传播的波程与介质折射率的乘积。
nL
意义：光在t时刻内在真空中通过的路程nL就相当于 光在介质中在相同的时间内所通过的路程。
在一条波线上，波在介质中前进L，位相改变为：
注意光程与光程差的区别：
nL
21
同一波线上两点间的光程
两束光的光程差
2
是同一波源发出的波
2 不同波源经不同路径
在同一波线上不同两
在相遇点引起的两个
点振动的位相差。
5
振动的位相差。
例1：已知：S2 缝上覆盖的介
质厚度为 h ，折射率为 n ，
设入射光的波为
2.光程差
1 .光程差：两束光的光程之差。
设一束光经历光程1，另一速光经历光程2， 则这两束光的光程差为：
21
4
2.光程差与相位差的关系（设两光同位相）
光程差每变化一个波长，相位差变化 2
光程差为 ，相位差为 ；
光程差与相位差的关系为：
则相位差为： 2 2
k1
2
(2)
(2) (1)得：
n1l2l112 (3)
S1
S
S2
c
1
o
2
由图可求出：
b
a a l2 l1 d tg d (4)
由(3)和(4)得：劈尖b应向上移动的最小距离为
d 2 n 1 a 或 a d 2 n 1 tg
10
二、几个概念
2 n L2nL2（同一波线上两点间的位相差）
3
可以证明：光通过相等的光程，所需时间相同， 位相变化也相同。
如果光线穿过多种介质时，其光程为：
n 1 r 1 n 2 r2 n n rn
n
n iri i 1
r r ri rn 1n1 2n2 ni nn
了量值为的位相突变，即在反射过程中损失了半个
波长的现象。
产生条件：
n1 n2
当光从折射率小的光疏介质，正入
射或掠入射于折射率大的光密介质
i
时，则反射光有半波损失。
n1
n1 n2
当光从折射率大的光密介质， 正入射于折射率小的光疏介质 时，反射光没有半波损失。
r
n2
折射光都无半波损失。
12
三、薄膜干涉
单色光以入射角 i 从折 射率为 n1介质 进入折射率 为n2 的介质，
①
i
②
n1 n2 d
ห้องสมุดไป่ตู้
在薄膜的上下两表面产生的反射 光 ①光、② 光，满足相干光的 5 个
覆盖玻璃后
r 2 n 2 d d ( r 1 n 2 d d )
O
5
S2
n2 r2
(n2n1)d5则有
d 5/n 2 n 1 5 4 . 8 1 7 / 1 0 . 7 1 . 4 81 06m
8
例4.如图所示,用波长为 的单色光照射双缝干
S1
r1
S2
r2
h
问：原来的零极条纹移至何处？若移至原来的第 k 级
明条纹处，其厚度 h 为多少？
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2hn)h r1
当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：
r2r1 (n 1 )h0所以零级明条纹下移
原来 k 级明条纹位置满足： r2r1k
7
例3.在图示的双缝反射实验中，若用半圆筒形薄
玻璃片（折射率 n1=1.4 ）覆盖缝 S1，用同样厚 度的玻璃片（折射率 n2=1.7）覆盖缝 S2，将使屏 上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处O变为第
五级明纹。设单色光波长 =480.0nm，求玻璃
片的厚度 d。
d
解：覆盖玻璃前 r2r10 S 1 n 1 r 1
解:(1) x 2D 0a 0 .1m 1
(2)覆盖玻璃后,零级明纹应满足: r2(n1)er10
设不盖玻璃片时,此点为第k级明纹，则应有
r2r1k (n1)ek 零级明纹移到原
所以 k n 1 e 6 .9 6 7 第 7 级明纹处.
第二节
光程差 薄膜干涉
1
一、光程与光程差
1.光程
光源的频率不变，光在传播过程中频率保持不变。
在真空中光的波长为 ，光速为 C，进入折射率
为 n 的介质中后，波长n , 光速为 v ,则有：
C 而 nC
v n
v
n
n
同一频率的光在不同介质中波长不相同。
处理方法：把光在介质中的波长折合成它在真空中的 波长作为测量距离的标尺，并进一步把光在介质中传 播的距离折合成光在真空中传播的距离。
涉实验装置,并将一折射率为 n、劈角为 a （a
很小）的透明劈尖 b 插入光线 2 中.设缝光源 S
和屏 c 上的 o 点都在双缝 S1 和 S2 在中垂线上.问 要使 o 点的光强由最亮变为最暗,劈尖 b 至少应
向上移动多大距离 d ( 只遮住S2 ) ?
c
解:设 o 点最亮时,光线 2
S1
1
1.薄透镜不引起附加光程差
透镜可以改变光线的传播方向，但是在光路 中放入薄透镜不会引起附加的光程差。
F F
波阵面
波阵面
通过光轴的光线波程最短，但在透镜中的光程长；
远离光轴的光线波程长，但在透镜中的光程短，总 的来讲，各条光线的光程都是相同的。
11
2.半波损失
半波损失：光从光疏介质进入光密介质，光反射后有
在劈尖 b 中传播距离为
S
o
l1 ,则由双缝 S1 和 S2 分 别到达 o 点的光线的光
2
S2
b
程差满足下式:
n 1 l1k (1)
9
设 o 点由此时第一次变为最暗时,光线 2 在劈尖 b 中传
播的距离为 l2 ,则由双缝 S1 和 S2 分别到达 o 点的两光 程差满足下式
n1l2