大学物理薄膜干涉福州大学李培官省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

今天是10 十月 大学物理课件大学物理课件福州大学至诚学院福州大学至诚学院-薄膜干涉薄膜干涉大学物理教研室大学物理教研室 李培官李培官第1页2第十一章第十一章.波动光学波动光学薄膜干涉薄膜干涉11-3-1.第2页3 光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成干涉现象光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成干涉现象称为薄膜称为薄膜干涉现象。干涉现象。1.现象：现象：在日常生活中，我们经常能够见到：雨天路面上积水表在日常生活中，我们经常能够见到：雨天路面上积水表面出现彩色花纹、肥皂泡在阳光下五光十色、昆虫面出现彩色花纹、肥皂泡在阳光下五光十色、昆虫(蝴蝶、蜻蜓等蝴蝶、蜻蜓等)翅膀在阳光下形成绚丽彩色等，这些都是因为光在薄膜上、下两翅膀在阳光下形成绚丽彩色等，这些都是因为光在薄膜上、下两个表面反射光波相互干涉结果，个表面反射光波相互干涉结果，称为薄膜干涉。称为薄膜干涉。一一.薄膜干涉基本原理薄膜干涉基本原理第3页4M1M2ASDCBLP1232.2.薄膜干涉薄膜干涉基本原理基本原理：光线光线 2 2 与光线与光线 3 3 光程差：光程差：由几何关系：由几何关系：由折射定律：由折射定律：光程差光程差：第4页5考虑半波损失考虑半波损失 光程差光程差等倾干涉等倾干涉:若薄膜厚度不变，光程差随入射角改变而改变，此若薄膜厚度不变，光程差随入射角改变而改变，此时相同倾角入射光对应同一条干涉条纹，称为时相同倾角入射光对应同一条干涉条纹，称为等倾干涉等倾干涉；等厚干涉等厚干涉:若入射角不变，光程差随薄膜厚度改变而改变，此若入射角不变，光程差随薄膜厚度改变而改变，此时相同厚度薄膜对应同一条干涉条纹，称为时相同厚度薄膜对应同一条干涉条纹，称为等厚干涉等厚干涉。3.说明：说明：第5页6【等倾干涉演示动画】【等倾干涉演示动画】第6页7第7页8在光学仪器上镀膜在光学仪器上镀膜,使某种波长反射光或透射光因干涉而降低使某种波长反射光或透射光因干涉而降低或加强或加强,以提升光学仪器反射率或透射率以提升光学仪器反射率或透射率.增加透射率薄膜称为增加透射率薄膜称为增透膜增透膜.增加反射率薄膜称为增加反射率薄膜称为增反膜增反膜.1.增反膜：增反膜：若给透镜镀上比其折射率更大材料，单色光垂直入若给透镜镀上比其折射率更大材料，单色光垂直入射时，镀膜上下表面反射形成相干光光程差射时，镀膜上下表面反射形成相干光光程差讨论讨论:增透增透(反反)膜只对某一特定波长期有效果最好膜只对某一特定波长期有效果最好.对其它波对其它波长期有效果较差长期有效果较差,甚至对某一特定波长期有效果可能相反甚至对某一特定波长期有效果可能相反.干涉加强干涉加强这时透镜反射率得到提升，透光量降低这时透镜反射率得到提升，透光量降低 比如比如 对对1=5500(绿光绿光)增透膜增透膜,光学厚度光学厚度n2 e=31/4,光程差光程差=2n2 e=31/2,绿光相干减弱绿光相干减弱,透射率最大透射率最大,对同一光学厚度对同一光学厚度,反射光相干加反射光相干加强波长强波长2,则则 2n2 e=31/2=k2,2=31/4=4125(紫光紫光).感光胶片对绿光最敏感感光胶片对绿光最敏感.摄影机、望远镜镜头成蓝色就是上述原因摄影机、望远镜镜头成蓝色就是上述原因二二.增反膜与增透膜增反膜与增透膜第8页92.增透膜增透膜 (n1nn2):当单色光垂直入射薄膜表面时当单色光垂直入射薄膜表面时,在上下在上下表面反射形成相干光表面反射形成相干光2、3,都有半波损失都有半波损失,其光程差为其光程差为空气空气氟化镁氟化镁玻璃玻璃两束光相干减弱，因两束光相干减弱，因2、3光强有差异光强有差异，故不会完全相消，故不会完全相消，使反射光减弱，使反射光减弱，由能量守恒，透射光必定增强。由能量守恒，透射光必定增强。常把高折射材料和低折射材料交常把高折射材料和低折射材料交替镀多层替镀多层(13,15,17)称为多层膜称为多层膜.第9页10【例例1】玻玻璃璃（n=1.52）表表面面镀镀一一层层MgF2薄薄膜膜（n=1.38），为为使使垂垂直直入入射射波波长长为为5500黄黄绿绿光光成成为为增增反反膜膜，求求MgF2 薄薄膜膜最小厚度？最小厚度？解：对增透膜，有解：对增透膜，有当当k=1 时，时，e 取极小值。取极小值。镀膜12 3空气玻璃注意：注意：增透（反）膜只对某一波长光效果最好。一定厚增透（反）膜只对某一波长光效果最好。一定厚度度e e薄膜对波长薄膜对波长1为增透膜，而对波长为增透膜，而对波长2可能为增反膜可能为增反膜.三三.解题举例解题举例第10页11【例例2 2】为增强摄影机镜头透射光，往往在镜头为增强摄影机镜头透射光，往往在镜头（n n3 3=1.52=1.52）上镀一层）上镀一层 MgF MgF2 2 薄膜（薄膜（n n2 2=1.38=1.38），使对人眼），使对人眼和感光底片最敏感黄绿光和感光底片最敏感黄绿光 =555 nm 555 nm 反射最小，假设反射最小，假设光垂直照射镜头，求：光垂直照射镜头，求：MgFMgF2 2 薄膜最小厚度薄膜最小厚度。解：解：不考虑半波损失。不考虑半波损失。k=1,膜最薄膜最薄第11页12【例例3】.玻玻璃璃（n=1.52）表表面面镀镀一一层层MgF2薄薄膜膜（n=1.38），为为使使垂垂直直入入射射波波长长为为5500黄黄绿绿光光成成为为增增透透膜膜，求求MgF2 薄薄膜膜最小厚度？最小厚度？解：对增透膜，有解：对增透膜，有当当k=0 时，时，e 取极小值。取极小值。镀膜12 3空气玻璃注意：增透（反）膜只对某一波长光效果最好。注意：增透（反）膜只对某一波长光效果最好。一定厚一定厚度度e e薄膜对波长薄膜对波长1为增透膜，而对波长为增透膜，而对波长2可能为增反膜可能为增反膜.第12页13【例例4 4】.如图所表示，在折射率为如图所表示，在折射率为1.501.50平板玻璃表面有一层平板玻璃表面有一层厚度为厚度为300nm300nm，折射率为，折射率为1.221.22均匀透明油膜，用白光垂直射向均匀透明油膜，用白光垂直射向油膜，问：油膜，问：1)1)哪些波长可见光在反射光中产生相长干涉哪些波长可见光在反射光中产生相长干涉?2)2)若要使反射光中若要使反射光中=550nm=550nm光产生相消干涉，油膜最小厚度光产生相消干涉，油膜最小厚度为多少为多少?解：解：(1)(1)因反射光之间没有半波因反射光之间没有半波损失，由垂直入射损失，由垂直入射i i=0=0，得反射，得反射光相长干涉条件为光相长干涉条件为k=1时时 红光红光 k=2时时 故反射中红光产生相长干涉。故反射中红光产生相长干涉。紫外紫外 第13页14(2)(2)由反射相消干涉条件为：由反射相消干涉条件为：显然显然k k=0=0所产生对应厚度最小，即所产生对应厚度最小，即 第14页15欢迎指导欢迎指导欢迎指导欢迎指导谢谢谢谢谢谢谢谢第15页