薄膜干涉透射光程差

大学物理

第二节

光程差 薄膜干涉1

大学物理

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 C n 而 n v

n

v

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。2

大学物理

设光在折射率为 n 的介质中传播的几何路程为 L, 则 L vt n C v

有

L

c n

t 即 nL ct

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： 3

2

n

L

2

nL

2

(同一波线上两点间的位相差)

大学物理

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： n1 r1 n 2 r2 n n rnr1 n1 r2 n2 ri ni rn n

1. 在照相机镜头的玻璃片上均匀镀有一层折射率n小于玻璃的介质薄膜，以增强某一波长? 的透射光能量。假设光线垂直入射，则介质膜的最小厚度应为： 【 】 (A)?/n (B)?/2n (C)?/3n (D)?/4n 2. 如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜厚度为e，而且n1?n2?n3，?1为入射光在折

n1 ? n2 e 射率为n1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的位相差为：【 】 n 3 (A) 2?n2e/(n1?1)； (B) 4?n1e/(n1?1)??； (C) 4?n2e/(n1?)??； (D) 4?n2e/(n1?1)

?43. 在空气中有一劈尖形透明物，其劈尖角??1.0?10rad，在波长??700nm的单色光

题2. 图垂直照射下，测得干涉相邻明条纹间距l=0.25cm，此透明材料的折射率为 。 4. 波长? = 600 nm 的单色光垂直照射到牛顿环的装置上，第二级明纹与第五级

§10.5 薄膜干涉

薄膜干涉：如阳光照射下的肥皂膜，水面上的油膜，蜻蜓、蝉等昆虫的翅膀上呈现的彩色花纹，车床车削下来的钢铁碎屑上呈现的蓝色光谱等。

薄膜干涉的特点：厚度不均匀的薄膜表面上的等厚干涉和厚度均匀薄膜在无穷远出形成的等倾干涉。

一、薄膜干涉

当一束光射到两种介质的界面时，将被分成两束，一束为反射光，另一束为折射光，从能量守恒的角度来看，反射光和折射光的振幅都要小于入射光的振幅，这相当于振幅被“分割”了。

两光线 a, b 在焦平面上P 点相交时的光程差

??m(AB?BC)?AD?2necosi/

Δ取决于n1, n2, n3的性质。 1. 劈形膜

光程差：

上表面反射的反射光1光密到光疏，有半波损失；下表面反射的反射光2光疏到光密，没有半波损失（若是介质膜放在空气中，则上表面没有半波损失，下表面有半波损失）。 光程差

Δ?2ne??n?n1?2 1

干涉条件为 或者

ne?(2k?1)Δ?2ne??2k?,?(2k?1)(2k?1)k?1,2,??2,k?0,1,?明纹 暗纹 明纹 暗纹

明纹 暗纹

?2Δ?2ne?,k?0,1,?k?,?4k?1,2,?,k?0,1,? 讨论：

2k?4,k?

用迈克尔逊干涉仪测量单层薄膜的厚度和折射率

实验的改进

于海峰 蒋晓冬 韩厚年 （淮阴工学院 淮安 223003）

摘要：迈克尔逊干涉实验是大学物理实验中的一个重要实验，本文对迈克尔逊干涉仪测定薄膜的厚度和折射率实验的传统方法进行了改进，我们对原测量仪器稍做调整,提高了条纹视见度,减少了测量误差，提高了测量精度。

关键词：迈克尔逊干涉仪；光程；薄膜厚度；折射率；等厚干涉;白光干涉 引言

目前测量薄膜厚度和折射率的方法有多种，例如椭偏法、准波导法等等[1][2]。其中在实验室中最常用、最简单方便的方法是利用迈克尔逊干涉方法来进行测量。

迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅双光束干涉装置,可用于观察光的干涉现象，测定单色光的波长，测定光源的相干长度。附加适当装置后，可以扩大实验范围，其中，用来测量薄膜的厚度和折射率就是其扩展实验之一。 问题提出

用迈克尔逊干涉仪测薄膜的厚度和折射率, 是利用在光程差约等于零时观测白光的彩色等厚干涉条纹。其做法是先调出白光条纹，然后将薄膜放在分光板G2与反射镜M2之间(薄膜与光线垂直),或薄膜贴在M2镜上，再调出零光程差的彩色干涉条纹,反射镜移动距离d与薄透明体厚度l、透明体折射率n、空气折射率n0有关系式

干涉与衍射

学院：化学化工 班级：10（2）班 姓名：侯伟 学号：10233133 【摘要】干涉和衍射现象是一切波动所特有的,也是用于判断某种物质是否有

波动性的判据。光的干涉与衍射都可以得到明暗相间的色纹，都有力地证明了光的波动性。从理论上分析,干涉和衍射都是光波发生相干叠加的结果。光波叠加的原理表述为：对于真空中传播的光或在媒质中传播的不太强的光,当几列光波相遇时,其合成光波的光矢量E等于各分光波的光矢量E1,E2,E3,······的矢量和,即：E=E1+E2+E3······=∑Ei，而在相遇区外，各列光波仍保持各自原有的特性（频率，波长，振动方向等）和传播方向继续传播，就好像在各自的路径上没有遇到其他的波一样。

【关键词】干涉 衍射 异同点

1 光的干涉

光的干涉的广义定义为“两束（或多束）频率相同，振动（偏振）方向一致，振动位相差恒定的光在一定的空间范围内叠加后，其强度分布和原来两束（或多束）光的强度之和不同的现象称为光的干涉”。对于这种定义，从方法论的角度看，是一种外延定义法——凡是不属于“非相干叠加”的叠加，均属于“相干叠加”。同时很多教材根据光强空间分布的明显差别，也给出了光的干涉的狭义定义“满足一定条件的两束（或多束）光在

聚酰亚胺薄膜（PI薄膜）项目

立项报告

投资分析/实施方案

聚酰亚胺薄膜（PI薄膜）项目立项报告

聚酰亚胺薄膜，简称PI薄膜，是世界上性能最好的薄膜类绝缘材料，

由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在强极性溶剂二甲基乙酰胺（DMAC）中经缩聚并流延成膜再经亚胺化而成。产品具有耐高低温性、电

绝缘性、耐辐射性、耐腐蚀性等特性，广泛应用在航空、航天、电气/电子、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光、机车、汽车、精密机械和自动办公

机械等于高新技术领域。

该聚酰亚胺薄膜（PI薄膜）项目计划总投资3161.67万元，其中：固

定资产投资2124.79万元，占项目总投资的67.20%；流动资金1036.88万元，占项目总投资的32.80%。

达产年营业收入7123.00万元，总成本费用5367.13万元，税金及附

加62.89万元，利润总额1755.87万元，利税总额2060.95万元，税后净

利润1316.90万元，达产年纳税总额744.05万元；达产年投资利润率

55.54%，投资利税率65.19%，投资回报率41.65%，全部投资回收期3.90年，提供就业职位96个。

坚持安全生产的原则。项目承办单位要认真贯彻执行国家有关建设项

目消防、安全、卫生、劳动保护和环境

透射电子显微分析是利用透射电子对试样的显微形貌和显微结构进行分析的一种方法，是材料测试的一种重要手段。 本节主要内容

一. 透射电镜的结构

透射电镜的结构: 电子照明系统,成像放大系统, 图像显示及观察记录系统,样品室和样品台, 真空系统, 电气系统

二. 透射电镜的主要性能指标

（一）分辨率

分辨率是透射电镜的主要性能指标，它表征透射电镜显示超显微结构细节的能力。透

射电镜的分辨率用两种指标表示：即点分辨率和线分辨率。点分辨率表示电镜能分辨的两个点之间的最小距离，线分辨率是指电镜能分辨的两条线之间的最小距离。目前，透射电镜的点分辨率为2.04?，线分辨率为1.04?。

（二）放大倍数

普通透射电镜的放大倍数变化范围为100倍~80万倍，并连续可调。超级电子显微镜的放大倍数可达1500万倍。 （三）加速电压

加速电压是指电子枪的阳极相对于阴极的电位差。它决定电子枪发射电子的波长和能量。加速电压高，电子束的能量大，穿透能力强，可以观察较厚的试样。普通透射电镜的最高加速电压为100~200KV。超高压透射电镜的加速电压高达3000KV。 三. 透射电镜图像的衬度 透射电镜的电子图像是由于透过试样各点参与成像的电子强度不同所造成的。透射电镜

的图像

等厚干涉实验—牛顿环和劈尖干涉

要观察到光的干涉图象，如何获得相干光就成了重要的问题，利用普通光源获得相干光的方法是把由光源上同一点发的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠如起来。由于这两部分光的相应部分实际上都来自同一发光原子的同一次发光，所以它们将满足相干条件而成为相干光。获得相干光方法有两种。一种叫分波阵面法，另一种叫分振幅法。

1．实验目的

（1）通过对等厚干涉图象观察和测量，加深对光的波动性的认识。 （2）掌握读数显微镜的基本调节和测量操作。

（3）掌握用牛顿环法测量透镜的曲率半径和用劈尖干涉法测量玻璃丝微小直径的实验方法 （4）学习用图解法和逐差法处理数据。

2．实验仪器

读数显微镜，牛顿环，钠光灯

3．实验原理

我们所讨论的等厚干涉就属于分振幅干涉现象。分振幅干涉就是利用透明薄膜上下表面对入射光的反射、折射，将入射能量(也可说振幅)分成若干部分，然后相遇而产生干涉。分振幅干涉分两类称等厚干涉，一类称等倾干涉。

用一束单色平行光照射透明薄膜，薄膜上表面反射光与下表面反射光来自于同一入射

R

r

e

(a) (b)

图9-1 牛顿环装置和干涉图样

光，满足相干条件。当入射光入射角不变，薄膜厚度不同发

光的干涉

一、单选题：

1、（3162A15）

在真空中波长为?的单色光，在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3?，则此路径AB的光程为 (A) 1.5??．(B) 1.5 ?? n．

(C) 1.5 n??．(D) 3??． ［ ］ 2、（3163B40） 入 单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射n1射反射光1光的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为e，且

反射光2n1＜n2＞n3，?1为入射光在n1中的波长，则两束反射光的n2e光程差为

n3 (A) 2n2e．(B) 2n2 e ???1 / (2n1)．

(C) 2n2 e ? n1??1 / 2．(D) 2n2 e ??n2??1 / 2．

［ ］ 3、（3165A15）

在相同的时间内，一束波长为?的单色光在空气中和在玻璃中 (A) 传播的路程相等，走过的光程相等． (B)

《薄膜材料与薄膜技术》复习题

1. 薄膜材料与体材料的联系与区别。

1. 薄膜所用原料少，容易大面积化，而且可以曲面加工。例：金箔、饰品、太阳能电池，GaN，SiC，Diamond

2. 厚度小、比表面积大，能产生许多新效应。如： 极化效应、表面和界面效应、耦合效应等。

3. 可以获得体态下不存在的非平衡和非化学计量 比结构。如：Diamond: 工业合成, 2000℃，5.5万大气压, CVD生长薄膜:常压，800度.Mgx Zn1-x O: 体相中Mg的平衡固溶度为0.04, PLD法生长的薄膜中，x可0~1. 4. 容易实现多 层膜，多功能 薄膜。如：太 阳能电池、超 晶格： GaAlAs/GaAs 5. 薄膜和基片的粘附性， 一般由范德瓦耳斯力、静电力、表面能（浸润）和表面互扩散决定。范德瓦耳

2. 真空度的各种单位及换算关系如何？

? 1pa=1N/m2 (1atm)≈1.013×105Pa(帕) ? 1Torr≈1 / 760atm≈1mmHg

2

? 1Torr≈133Pa≈10Pa ? 1bar = 0.1MPa

3. 机械泵、扩散泵、涡轮分子泵和低温泵的工作原理是什么？ 旋片式机械泵 工作过程：

1. 气体从入口