大学物理薄膜干涉知识点总结,...大学物理简明教程知识点总结 -爱游戏平台

苗坤旺离型膜

一种光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象,称为薄膜干涉。

入射波的振幅被“分割”成若干部分,这样获得相 干光的方法常称为分振幅法。 ?

一、等倾干涉条纹(均匀透明介质薄膜)

可知a 和b 两束相干光的光程差为

(d为介质厚度,n为介质折射率,为外界介质的折射率,i为入射角,为单色光的波长)

凡以相同倾角入射的光,经膜的上、下表面反射后 产生的相干光束都有相同的光程差,从而对应于干涉图样中的一条条纹,故将此类干涉条纹称为等倾条纹

等倾干涉明纹的光程差的条件是 暗纹的光程差条件是

入射角i越大,光程差越小,干涉级也越低.在等倾环纹中,半径越大的圆环对应的i也越大,所以中心处的干涉级最高,越向外的圆环纹干涉级越低。

中央的环纹间的距离较大, 环纹较稀疏,越向外,环纹间的距离越小,环纹越密集.

两束透射的相干光的光程差是 可见反射光相互加强时,透射光将相互减弱,当反射光相互减弱时,透射光将相互加强,两者是互补的.从能量角度看来,干涉现象引起了光能的重新分布

二、增透膜和高反射膜

为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失,在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜,利用薄膜的干涉使反射光减到最小,这样的薄膜称为增透膜

薄膜两表面的反射光的光程差等于2nd,则干涉相消为:

膜的最小厚度为(当k=0时)

在镀膜工艺中,常把nd称为薄膜的光学厚度

减少其透射率,以增加反射光的强度:把低折射率的膜改成同样光学厚度的高折射率的膜,则薄膜上下表面的两反射光将是干涉加强,这就使反射光增强了,而透射光就将减弱,这样的薄膜就是增反膜或高反射膜

三、等厚干涉条纹(厚薄不均匀薄膜)

1.劈尖膜

在两玻璃片之间形成的空气薄膜称为空气劈尖.两玻璃片的交线称为棱边,在平行于棱边的线上,劈尖的厚度是相等的.

劈尖在c点处的厚度为d,在劈尖上下表面反射的两光线之间的光程差是

明纹:

暗纹:

干涉条纹为平行于劈尖棱边的直线条纹。每一明、暗条纹都与一定的k值相当, 也就是与劈尖的一定厚度d相当。所以,这些干涉条纹称为等厚干涉条纹

任何两个相邻的明纹或暗纹之间的距离l由下式决定:

式中为劈尖的夹角.愈小,干涉条纹愈疏;愈大,干涉条纹愈密.如果劈尖的夹角相当大,干涉条纹就将密得无法分开。因 此,干涉条纹只能在很尖的劈尖上看到

?

把金属丝夹在两块光学平面玻璃片之间,这样形成空气劈尖。如果用波长已知的单色光垂直地照射,即可由等厚干涉条纹,测出细丝的直径.制造半导体元件时,常常需要精确地测量硅片上的二氧化硅(sio2 )薄膜的厚度,这时可用化学方法把二氧化硅薄膜一部分腐蚀掉,使它成为劈尖形状,用已知波长的单色 光垂直地照射到二氧化硅的劈尖上,在显微镜里数出干涉条纹的数目,就可求出 二氧化硅薄膜的厚度h.

2.牛顿环

在一块光学平整的玻璃片b上,放一曲率半径r很大的平凸透镜a,在a、b之间形成一劈尖形空气薄层。当平行光束垂直地射向平凸透镜时,可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹,这些干涉条纹是以接触点o为中心的同心圆环,称为牛顿环

(d为明暗条纹处所对应的空气层厚度;r为平凸透镜半径)

d与r的平方成正比,所以离开中心愈远,光程差增加愈快,所看到的牛顿环也变得愈来愈密.

可求得在反射光中的明环和暗环的半径分别为:

明环:

暗环:

由此得透镜的曲率半径

目录

一、质点运动的描述质点运动的描述圆周运动牛顿定律

二、动量守恒定律和能量守恒定律动量定理功和功能转换关系表

三、刚体与流体刚体的定轴转动力矩 转动定律 转动惯量

角动量 角动量守恒定律

四、机械振动与机械波简谐振动 旋转矢量 简谐振动的能量简谐运动的合成机械波波函数的建立惠更斯原理 波的衍射和干涉

五、气体动理论和热力学理想气体物态方程 热力学第零定律理想气体的压强公式 平均平动动能与温度的关系能量均分定理 理想气体的内能热力学第一定律理想的等值过程和绝热过程等体过程等压过程等温过程绝热过程

六、静电场库仑定律 电场强度高斯定律静电场的环路定理

七、恒定磁场和电磁感应磁感强度 毕萨定律磁通量 磁场的高斯定理

八、光学光的干涉劈尖和牛顿环杨氏双缝干涉 薄膜干涉

光的偏振

一、质点运动的描述

质点运动的描述

圆周运动

牛顿定律

二、动量守恒定律和能量守恒定律

动量定理

功和功能转换关系表

三、刚体与流体

刚体的定轴转动

力矩 转动定律 转动惯量

角动量 角动量守恒定律

四、机械振动与机械波

简谐振动 旋转矢量 简谐振动的能量

简谐运动的合成

机械波波函数的建立

·±·

惠更斯原理 波的衍射和干涉

五、气体动理论和热力学

理想气体物态方程 热力学第零定律

适用条件为理想气体和平衡态

理想气体的压强公式 平均平动动能与温度的关系

n为气体分子数密度 左等式为理想气体的平均平动动能与温度的关系式 右等式m单位为kg

能量均分定理 理想气体的内能

热力学第一定律

理想的等值过程和绝热过程

等体过程

等压过程

等温过程

绝热过程

六、静电场

库仑定律 电场强度

高斯定律

静电场的环路定理

七、恒定磁场和电磁感应

磁感强度 毕萨定律

磁通量 磁场的高斯定理

八、光学

光的干涉

劈尖和牛顿环

杨氏双缝干涉 薄膜干涉

光的偏振

作者:彭晓韬

日期:2020.04.28

[文章摘要]:薄膜干涉是一种日常生活中很常见的物理现象,对其干涉条件也有比较系统性的研究。但就自然光(太阳光)条件下,往往大于一定厚度的薄膜(也是为什么叫薄膜干涉而不叫膜干涉的原因所在)是不会出现干涉的,而厚度小到与可见光波长相近的肥皂泡,甚至接近分子直径的油膜却可以产生干涉现象。这就与光程差大于光的半波长即可产生干涉的条件相背。也与光是具有动能与动量的粒子假设相背:光子为什么不会穿透薄到与分子直径接近的油膜,反而会在分子表面与底面形成反射?本文就此提出一些不成熟的看法与想法,供有兴趣进一步研究者参考。

一、薄膜干涉现象及机理简介

从上图一和二可知:在太阳光照片下,空气中分布较均匀的微小水滴可使太阳光产生散射并形成类似薄膜干涉一样的彩虹。其机理是:水滴表面的散射光与入射进水滴并被水滴内表面反射出来的透射光合并并照射到人眼时,其复合后的光的主频会因入射进入水滴内部再被反射而透射出来的光程差主要与视角度有关而出现不同颜色的光带:波长与光程差相同或相近或成倍数关系的光将得到加强,其它波长的光将变弱。光程差小的复合后得到加强的光的频率偏高而呈现出蓝色光带,反之呈现出红色光带。视高度大于太阳视高度的水滴产生的光程差随视高度减小,因此,红光带在下方,蓝光带在上方;而视高度小于太阳视高度的水滴产生的光程差随视高度增大,因此红光带在上方,蓝光带在下方。这就是彩虹为什么会出现上下颜色颠倒的原因所在。

图四:薄膜干涉动图

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