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1、word浅谈光的薄膜干预海明，汉谋陇东学院电气工程学院， 庆阳 745000摘要：通过对牛顿环与薄膜等倾干预进展比拟，寻求出了两者的异同点，一样之处为：都是分振幅法产生的；光强分布和圆环半径rk的分布规律一样。不同之处：单色扩展光源不同；薄膜形状不同；干预把戏定域不同；外环干预级次分布不同；条纹宽度不同；观察与检验方法不同，并对生活中薄膜干预现象和光的薄膜干预应用进展了阐述。关键词：等倾干预；等厚干预；光程差；增透膜Discussion on theThin Film Interferenceof LightLIU Hai-ming, ZHANGHan-mou(College of Physi
2、cs and Electronic Engineering, Long-DongUniversity, QingYang 745000, Gansu)Abstract:By paring Newtons rings and films interference of equal inclination, it find out the similarities and differences between two points. The mon points are: They generated by sub-amplitude method. The law of the intensi
3、ty distribution and distribution of ring radius are the same.The differences are: Different in monochromatic extended light sources. Different in films shapes. Different in pattern localization. Different in the interference in distribution levels within and outside the ring. Different in stripe wid
4、ths. Different in observation and the checkmethods. At last, the phenomenon of film interference and the application of lightinterferencewere given out.Key words:equal inclination interference；equal thickness interference；optical path difference；AR coating0引言分振幅薄膜干预分为薄膜等厚干预和薄膜等倾干预，薄膜等厚干预与薄膜等倾干预都是波的叠
5、加结果的具体表现。两者的干预把戏相似，均为疏外密，明暗相间的同心圆环。等厚干预、等倾干预均属薄膜干预，采用比照法，分析其把戏产生的条件、联系、区别和应用，进一步掌握分析问题，研究问题的化繁为简的方法，能够深化“光的干预教学容，提高教学质量。1分振幅法薄膜干预如图1单色扩展光源SS照在介质折射率为n2，厚度为h的薄膜上，在薄膜两外表反射的两束光al,a2在P点相遇，光程差=1+2,其中1是由于光经过的介质和路程不同而引起的光程差，2是由于光反射时可能产生的半波突变而引起的附加光程差,对于空气中的薄膜，或处于同一介质中的薄膜，光程差为: 1其中k为干预条纹级次，i1为入射光的入射角，i2为该光线在
6、薄膜的折射角图1薄膜干预当薄膜介质折射率n2和入射单色光波长一定时，从1)式看出，决定二光在P点的光程差的因子变量有二个；(1)膜厚h,(2)入射角i1。对1)式全微分有: 2从2)式看出，当h不是常数，并且入射角有变化时，k就产生变化。为了使研究的问题简化，可分别确定其中一个为常量，寻求干预条纹随另一个度量变化的规律.这样薄膜干预就可分成两大类:等厚干预和等倾干预。2薄膜等厚干预产生条件：当i1没有变化或变化相当小，即i1可忽略情况下，1)式可写为:这明确，1)式中的k值仅仅由膜厚h决定并且成正比；h一样处对应同一k值干预条纹，这种干预称为等厚干预，其干预条纹叫等厚干预条纹。等厚干预条纹的形
7、状，由薄膜等厚点的轨迹决定，一般定域在薄膜外表附近。由于条纹很细，需用调焦于膜面的显微镜来观察。2式可写为：当时，即薄膜厚度改变h时，条纹干预级次改变k。所以由于干预级次的变化，或条纹改变的数目N，得知薄膜厚度改变h的数值大小。由干预条纹的形状确定薄膜厚度分布的情况。牛顿环装置如图2，是由曲率半径为R的平凸透镜的凸球面和一块平面玻璃间构成一个图2牛顿环空气薄膜。此膜的等厚点的轨迹是以接触点为中心的一组同心圆，且接触点处h=0。如果用单色平行光垂直入射，将在空气薄膜上外表产生反射光的等厚干预条纹，形状由薄膜等厚点的轨迹决定，是以接触点为圆心的同心圆环，称之为牛顿环。当，所以中心处为暗点，这是来源
8、于反射光的半波突变产生的附加光程差，k点中心向外数第k个暗条纹的位置，为该环的半径，k处光程差：，由于hk远远小于R，得出结论：暗环 这明确牛顿环的半径与干预级次k的平方根成正比，。条纹间隔，即疏外密。薄膜干预可看作是振幅相等的双光干预，有： 亮纹 暗纹光强分布曲线如图3,I -rR(k)曲线。图3光强分布曲线所以牛顿环干预图样为中央是暗点，分布疏外密的明暗相间的同心圆环，环级次低，外环级次高。3薄膜等倾干预产生条件:平面扩展光源照在厚度均匀的薄膜上。h为常数，1)式变为：2式变为：这明确干预条纹的级次k只是人射光的入射角i1的函数。即i1一样的入射光线，有着一样的光程差，组成同一级干预条纹，
9、这种干预叫等倾干预，干预条纹叫等倾干预条纹。其形状由入射光的入射角i1一样的点的轨迹决定。等倾干预条纹定域在无穷远或透镜L的焦平面上，直接用眼观察和用望远镜(或调焦于无限远的照相机)来观察。 如图4，当入射角为i1的平行光线照在薄膜上，反射光在透镜焦平面上相交于一点，而平面扩展光源S通过透镜L的光线分布具有圆锥对称性，即以为轴，入射角从到的的圆锥面族，在焦平面上形成的干预图样是以F为圆心的同心圆环。对应于同一圆锥面上的A,B两点的入射光线的干预把戏为同一干预级次的圆环。光程差：当入射角,，对应透镜焦点F处的干预把戏中心处薄膜光轴焦平面透镜图4薄膜等倾干预，为中心环的干预级次，是最高级，当为亮环
10、，为暗环。因此，中央是亮还是暗不确定。条纹的角宽度.当增大时，越小，这明确等倾圆条纹也是疏外密，但是环级次高，外环级次低。是从中心向外数第k因为所以两式相减得：对作泰勒级数展开近似等于， 得：由此可得.恰好与牛顿环的分布规律一样。光强分布规律：明纹；暗纹，假如中央为暗纹，与牛顿环一样.假如中央为明纹，光强曲线如图5，与牛顿环中透射光干预光强分布一样。图 5光强曲线通过上述讨论牛顿环和等倾薄膜干预的把戏特点、光强分布规律、定域与应用得知:牛顿环与等倾薄膜于涉是薄膜干预的两个特例，一样之处为:(1)都是分振幅法产生的；(2)光强分布和圆环半径rk的分布规律一样。不同之处:(1)单色扩展光源；(2)
11、薄膜形状；(3)干预把戏定域；(4)外环干预级次分布；(5)条纹宽度；(6)观察与检验方法。特别是观察与检验，通过实验，从把戏变化与应用上注意区别。4生活中薄膜干预现象 当我们在下洗衣服时，盆里的肥皂或洗衣粉泡上会出现各种彩色花纹，并且随泡的大小变化，花纹的形状和颜色也不断的变化；炎热的夏天，雨过天晴，柏油路的积水面上浮着一层油膜会呈现出五颜六色；用手把两片无色透明的玻璃片捏在一起，下也能看到彩色花纹。以上现象的产生，是因为光产生了薄膜干预现象。将金属丝框在肥皂液中蘸一下，使金属丝框上布满一层肥皂液薄膜，将肥皂液薄膜竖立，由于重力作用，形成了上薄下厚的梯形。当一束单色光照射到肥皂液薄膜上时，从
12、薄膜的前后两个外表反射出来这两束反射光符合光的干预条件，能互相叠加，产生光的干预现象是由红橙黄绿蓝靛紫七种单色光组成的，每种色光各有一定的波长，所以在肥皂液薄膜一定厚度的地方，假如红光相互叠加得到加强，该处就呈现红色；在另一厚度处绿光相互叠加得到加强，该处就呈现绿色。不同色光在肥皂液薄膜的不同厚度的地方产生干预现象，于是就出现了彩色条纹肥皂液薄膜的厚度变化时，各处呈现的颜色也随着变化。以上干预现象出现在透明的薄膜上，叫做薄膜干预。利用各种透明的薄膜都能产生薄膜干预现象，如:各种洗涤液薄膜、油膜、空气层薄膜等。上面提到的肥皂泡上的花纹，油膜上的花纹，以与某些昆虫薄而透明翅膀上的花纹等，都是光的薄
13、膜干预现象。 近视眼患者要佩戴近视眼镜照射到近视眼镜上的光在其外表发生反射，结果只有入射光的1/3左右能透过镜片，使得在人眼视网膜上所成的像既暗又不清晰。怎样消除光在眼镜片外表反射造成的不良后果呢?可以在镜片的透光面上，用真空镀膜的方法，镀上一定厚度的透明薄膜(如氟化镁)，入射光会从薄膜的前后两个外表反射出两列光波，使这两列反射光波由于干预而抵消，大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。入射到镜片上的白光是由七种单色光组成的，增透膜不可能使所有的反射光都由于干预而相互抵消，通常在镜片上镀膜时，选择一定厚度的膜，使对视觉最敏感的黄绿光反射损失最小，白光中红光与紫光经镜片反射
14、并没有显著减弱。因而人们看到镀有增透膜的近视眼睛的镜片呈蓝紫色。现在这种增透膜技术已得到了广泛应用，如:摄像机、电影放映机、军事望远镜、高档照相机的镜头都镀有一定厚度的增透膜来提高成像的质量，这种镜头呈蓝紫色。 登山运动员和野外工作者也需要佩戴眼镜，以保护眼睛不受强光的损害。登山运动员和野外工作者佩带的眼镜镜片上也要镀上一定厚度的薄膜，使反射光由于干预而加强，使透射光得到减弱。这种膜叫做高反射膜。宇航员在太空飞行时所佩戴的头盔和面甲的外表上也镀有一层对红外线有高反射率的高反射膜。从而使从太空射来的红外线经高反射膜前后外表反射的两列红外线发生干预而加强，被反射回去，宇航员不至于吸收过多的红外线而
15、造成伤害。5薄膜干预应用检查外表的平整程度如图6取一个透明的标准样板，放在待检查的部件外表并在一端垫一薄片，使样板的平面与被检查的平面间形成一个楔形空气膜，用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下外表反射出两列光形成相干光，从反射光中就会看到干预条纹。标准样板空气薄层待检部件图 6 检查外表平整程度如果被检外表是平的，产生的干预条纹就是平行的,如图a所示；如果观察到的干预条纹如图b所示，如此表示被检测外表微有凸起或凹下，这些凸起或凹下的地方的干预条纹就弯曲。从弯曲的程度就可以了解被测外表的平整情况。这种测量精度可达10-6cm。(a)(b)图 7 检验现象增透膜在透镜或棱镜的外表上涂上一层薄膜(一般用氟化镁)。当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个外表上反射光程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减小光的反射损失，增强了透射光的强度，这种薄膜叫增透膜。如图8镀层薄膜图 8 增透膜原理6总结本文通过对牛顿环与薄膜等倾干预进展比拟，寻求出了两者异同点，一样之处为:(1)都是分振幅法产生的；(2)光强分布和圆环半径rk的分布规律一样。不同之处:(1)单色扩展光源；(2)薄膜形状；(3)干预把戏定域；(4)外环干预级次分布；(5)条纹宽度；(6)
