文档介绍：第四节第四节薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 在前面的课程里,我们给大家介绍过光是电磁波,因而它能表现波动特有的干涉,衍射现象。 在日常生活中,光的干涉现象我们常常可以见到。比如,当太阳光照射在肥皂泡或水面上的油膜时,他们的表面上呈现出美丽的彩色条纹,这就是由于天然光在薄膜上产生干涉现象引起的。 然而在历史上,对这种薄膜颜色的成因的解释也经历了曲折的发展。最初是由胡克提出的,他是持光的波动说观点,但由于他的数学知识的欠缺,没有正确的解释这种现象。他的解释虽不正确, 但已接触到了薄膜干涉的基本要点。 1675 年牛顿对薄膜干涉问题也进行了研究,为了进一步研究, 他还亲自制造仪器进行实验,即著名的牛顿环实验,把曲率半径很大的平凸透镜放在平玻璃上,当白光照射它时,则出现一组彩色的同心环状条纹,我们把它叫着“牛顿环”。 牛顿环实验是光具有波动性的最好证明之一。也形象的反映了光的周期性。但是由于牛顿倾向于光的微粒说观点,因而他没有对自己所做的著名实验作出科学的解释,因此也没有对它作进一步的研究,并且由于人们迷信权威牛顿,使微粒说在整个十八世纪一直占统治地位,波动说整整延误了一个世纪,直到十九世纪初,。由此我们可以看到正确的物理思想,有效的研究方法及恰当的数学工具对研究的重要性。一、薄膜干涉我们知道,两束光产生干涉的条件(又称相干条件)为: (1) 频率相同; (2). 相位差恒定; (3). 光矢量振动方向相同我们讲的薄膜指的是由透明介质形成的厚度很薄的一层介质膜。反射光 2反射光 1S1 22nd? AB 1n 1n iD ·C 过 A点向 b光线作一垂线 AD, 自A和D到透镜的焦点的距离相等,所以 a光和 b光的光程差就产生于自 A点起 a光在薄膜内所走光程同 b光所走的光程之差。 DC n BC AB n 1 2)(???? 由前面所学知,当光从光疏介质射向光密介质,在分界面反射时有半波损失。即 2 )( 1 2?????? DC n BC AB nA、C两点的距离很近,薄膜厚度可近似看着相等,为 d 反射光 2反射光 1S1 22nd? AB 1n 1n iD ·C ? cos d BC AB ??i dtg i AC DC sin 2 sin???? sin sin 21nin?2 2 12????? DC n AB n2 sin 2 cos 2 2 2????????n dtg dn2 ) sin 1( cos 2 22?????? dn2 cos 2 2????dn??????????减弱加强 2 )12(2 sin 2 221 22????k kinnd .... 2,1,0???k 同理当 21nn?反射光 2反射光 1S1 22nd? AB 1n 1n iD ·C 2、对于厚度均匀的平面薄膜来说,光程差是随着光线的倾角(入射角)而变化,这样不同的干涉明条纹和暗条纹相应的具有不同的倾角,而同一干涉条纹上的各点都具有同样倾角,这种干涉条纹叫等倾干涉。 3、对透射光来说,也有干涉现象,无半波损失 innd 221 22 sin 2???当反射光相互加强时,透射光将相互减弱,反之亦然,它们互补 4、上面讨论的是单色光,若所用的是复色光,则由于各种波长的光各自在薄膜表面形成自己的一套干涉条纹,互相错开,因而在薄膜表面形成彩色的花纹。 5、观察薄膜干涉,对膜的厚度有无限制呢? 若膜的厚度太大,会使光程差大于光源的相干长度。? 1、如果照射到薄膜上的光都是以相同入射角入射,即两光线相干点的光程差只由薄膜的厚度决定,由此干涉图样中同一条干涉条纹下面所对应的膜厚是一样,这种条纹称为等厚干涉条纹。讨论:尖劈状肥皂膜的干涉图样(左图为倒象) 1. 劈尖干涉? ld kd k+1 明纹中心暗纹中心2 ?两块平面玻璃片,一端接触,另一端夹一薄纸片,即在两玻璃片之间形成一劈尖型的空气薄膜,劈尖的夹角很小(秒数量级) ?当平行单色光垂直玻璃表面入射时,在空气劈尖上下表面引起的反射光将形成相干光, ???????????.... 2,1,02 )12( .... 2,1 2 2kk kkd减弱加强????同一明条纹或同一暗条纹都对应相同厚度的空气层