薄膜干涉的原理

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

大学物理

第二节

光程差 薄膜干涉1

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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

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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)

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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

§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

电容式薄膜真空计的工作原理图

根据弹性薄膜在压差作用下产生应变而引起电容变化的原理制成的真空计称为电容式薄膜真空计，它由电容式薄膜规管(又称为电容式压力传感器)和测量仪器两部分组成。根据测量电容的不同方法，仪器结构有偏位法和零位法两种。零位法是一种补偿法，具有较高的测量精度。目前在计量部门作为低真空副标准真空计的就是采用零位法结构。

图20 零位法薄膜真空计的结构原理图

图20示出了零位法电容式薄膜真空计的结构原理图。它由电容式薄膜规管、测量电桥电路、直流补偿电源、低频振荡器、低频放大器、相敏检波器和指示仪表等组成。

电容式薄膜规管的中间装着一张金属弹性膜片，在膜片的一侧装有一个固定电极，当膜片两侧的压差为零时，固定电极与膜片形成一个静态电容C0，它与电容C1串联后作为测量电桥的一条桥臂，电容C2、C3和C4与C5的串联电容组成其它三条桥臂。

金属弹性膜片将薄膜真空规管隔离成两个室，分别为接被测真空系统的测量室和接高真空系统(pb<10-3Pa)的参考压力室。在这两个室的连通管道上设置一个高真空阀门7。测量时，先将阀门7打开，用高真空抽气系统将规管内膜片两侧的空间抽至参考压力pb。同时调节测量电桥电路，使之平衡，即指示仪表指零。然后，关闭阀门7，测量室接通被测真空系统。当被测压力Pl>Pb时，由于规管中的压力差p1-pb，膜片发生应变引起电容C0改变，破坏了测量电桥电路的平衡，

指示仪表上亦有相应的指示。调节直流补偿电源电压对电容C0充电，使其静电力与压差相等，此时，电桥电路重新达到平衡，指示仪

迈克尔逊干涉仪的原理与应用

在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量 激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。 由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。这也是绝大多数学生的要求。下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。

一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用

1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.

纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。采用633nm稳频的

He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计

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)

《波的干涉》说课稿

湖北省团风中学 熊勇

我说课的内容是“人教版《全日制普通高级中学教科书（必修加选修）〃物理》”第二册第十章第５节：波的干涉。

A． 教材分析

一、在教材中的地位

本节内容在《 高考考试大纲理科综合》中属Ⅰ级要求，本节和前一节波的衍射共同讲解波的特有现象，为后面电磁波及光波的教学打下基础。

二、教材设计流程

波的干涉是波的一种特殊的叠加现象，所以对波的叠加现象的理解是认识波的干涉现象的基础。教材首先讲了波的叠加现象，即两列波相遇而发生叠加时，对某一质点而言，它每一时刻振动的总位移，都等于该时刻两列波在该质点引起的位移的矢量和。

在学生理解波的叠加的基础上，再进一步说明在特殊情况下，即当两列波的频率相同时，叠加的结果就会出现稳定的特殊图样，即某些点两列波引起的振动始终加强，某些点两列波引起的振动始终减弱，并且加强点与减弱点相互间隔，这就是干涉现象。

由于对干涉现象的理解，需要一定的空间想象能力，可借助图片、计算机模拟，尽可能使学生形象、直观地理解干涉现象。

三、教学目标

1、知识目标

（1）知道波的叠加原理。

（2）知道什么是波的干涉现象和干涉图样。 （3）理解干涉现象的形成原理。

（4）知道干涉现象是波所特有的现象。 2、

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)

光的干涉习题

1、 有两个波面与y轴平行的单色平面波分别以?1和?2角射向观察屏?（z=0平面），如图1

所示。已知此两光波的振幅均为E0，振动方向平行于xz平面，波长?=500nm，初位相分别为?10=0，?20=30?。

(1) 试求沿x轴的光强分布表达式；

(2) 试问距离O点最近的光强极大值位置为何？

(3) 设?1=20?，?2=30?，求x方向光强分布（即条纹）的空间频率和空间周期，并计算

干涉条纹的反衬度。

图 1

【解题思路及提示】

本题所用到的知识点，是干涉问题的基础，两个平面波干涉的情况，运用平面波干涉的干涉场强度公式和反衬度公式可解。参考公式：

I(r)?E10?E20?2E10?E20cos[(k2?k1)?r?(?20??10)] 22V?2?cos? 1??

2、 在杨氏实验装置的一个小孔S1后面放置一块n=1.5、厚度h=0.01mm的薄玻璃片，如图2

所示。请问与放玻璃片之前相比，屏?上干涉条纹将向哪个方向移动？移动多少个条纹间距？（设光源波长?=500nm）

图 2

【解题思路及提示】

本题是杨氏干涉典型问题。??表示两相干光波从光源出发到达考察点P(r)时的位相差，干涉场强度分布完全由位相差分布唯一确定。光