薄膜干涉中的半波损失问题处理方法浅探
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薄膜干涉中的半波损失问题处理方法浅探
作者：徐铁刚
来源：《中学物理·高中》2015年第11期
高中物理课中讲述肥皂膜、牛顿环、增透膜、增反膜等薄膜干涉问题时，经常遇到是否要考虑半波损失的问题.顾及到中学生难以理解，中学教材回避了半波损失问题.不少老师讲到这里时，往往对在什么情况下有半波损失，以及如何做到既不出现知识性错误，又不至于让学生越听越糊涂，感觉难以把握.[JP3]笔者拟从自己的教学实践出发，谈谈在处理这一问题的粗浅做法.
按照波动光学的理论，光从光疏介质射向光密介质时，若正入射（入射角趋近于0°），
其反射光有π的相位突变，对应有半波损失；光从光密介质进光疏介质时其反射光无相位突变，对应无半波损失；在任何情况下透射光都无相位突变，对应无半波损失.据此，笔者编了
句口诀：“疏进密，反有失；密进疏，均无辜”.意即光从光疏介质正射入光密介质时，只有反射光有半波损失，光从光密介质射向光疏介质时，其反射光、透射光都没有半波损失.根据上述
理论和口诀，对常见薄膜干涉建立如下四种模型：如图1所示，有三层介质，其绝对折射率（以下简称[JP3]为折射率）分别n1、n和n2，光趋近于垂直入射，可分别讨论如下.
1 应考虑半波损失的两种情况
（1） n1n2（疏密疏型），空气中的楔形肥皂膜上出现的薄膜干涉就是这种情况.如图2所示，光在界面1（疏进密）反射光a有π的相位突变，在界面2（密进疏）反射光b无相位突变.此时a、b光程差应附加π的相位突变，即有半波损失.
（2） n1>n
在上述两种情况下，反射光a、b中一条有半波损失，另一条无半波损失.考虑到半波损失后，膜上出现亮纹的条件为光程差等于光在介质中半波长的奇数倍，膜厚应为介质中[SX
（]1[]4[SX）]波长的奇数倍，即d=（2k+1）[SX（]λ[]4[SX）]，（其中k=0，1，2，…），出现暗纹的条件为光程差等于光在介质中波长的整数倍，膜厚应为[SX（]1[]2[SX）]介质中波长的整数倍，即d=[SX（]kλ[]2[SX）]，（其中k=1，2，…）.
在实际中人们经常关心的只是条纹的相对变动，只关心相邻两条纹处膜厚的差值，即相邻明条纹上的光程差等于一个波长，因此相邻条纹对应的厚度差为介质中波长的一半，很少需要知道膜的厚度具体值.因此在中学物理教学中可回避讨论膜的厚度，只需指出：出现亮条纹是
两条反射光线干涉加强，暗条纹是两条反射光线干涉减弱，两相邻亮（暗）纹处肥皂膜的厚度差为[SX（]1[]2[SX）]介质中波长.
2 不要考虑半波损失的两种情况
实验三 干涉显微镜测量薄膜厚度
实验三干涉显微镜测量薄膜厚度 一、实验目的 1． 掌握干涉显微镜的工作原理及使用方法； 2． 用干涉显微镜测量薄膜厚度。 二、实验说明 2.1 实验原理 把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。干涉显微镜的类型很多，常用的干涉显微镜是以迈克耳逊干涉仪为原型，其原理却都是以劈尖干涉为基础的，下图1为劈尖干涉的示意图： 若在两块平面玻璃间垫一细丝，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了细丝的直径）。当一束单色光射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹。条纹间的距离l ，随劈尖的夹角而变化，越小，l 越大。 在迈克耳逊干涉仪中，只要某一光程差发生变化，就要引起干涉场中条纹移动，光程差每改变半个波长()，则干涉条纹移动一个条纹间距。故待测样品表面若存在局部不平, 结果会导致干涉条纹发生弯曲, 条纹弯曲的程度是样品表面微观凹凸不平程度的反映, 只要测出条纹的弯曲量就可以求出样品表面的凹凸量。根据这一原理, 可借助该仪器来测量镀膜膜层的厚度. 设M 1、M 2是两个不严格垂直的理想平面，则得到等厚干涉直线条纹。若表面M 2上有沟槽，干涉条纹将发生弯曲或断折，如图2所示。沟槽的深度h 由式（4—1）决定。 （4—1） θθ2λe H h ?= 2λ 图 1 劈尖干涉的示意图图2表面沟槽及干涉条纹的形状图3薄膜与其干涉条纹的形状
式中，Ｈ为干涉条纹曲折量，e 为条纹的间距。若用白光照明，e 是指两根接近黑色的干涉条纹中心间的距离。这时λ取540nm （绿光λ=0.53μm=5300?）。若被测件的部分表面镀有厚度为h 的薄膜，则只要测量出干涉条纹间距e 和因镀膜而引起的干涉条纹位移量Ｈ，就可算出该薄膜的厚度。如图3所示。 2.26JA 型干涉显微镜的光学系统及构造 2.2.1 6JA 型干涉显微镜的光学系统 本实验用的是6JA 型干涉显微镜, 其光学系统如图1所示, 属于双光束干涉系统。光源1发出的光经聚光镜2投射到孔径光阑4平面上, 视场光阑5不在照明物镜6的前焦面上, 光经分光板7, 被分成两部分: 一部分反射, 另一部分透射. 被反射的光经物镜8射向标准反射镜M1, 再由M1 反射, 射向目镜14; 而从分光板上透射的光线通过补偿板9、物镜10射向工件表面M2, 再由M2反射, 射向目镜14. 在目镜分划板13上两束光产生干涉. 从目镜中可以观察到干涉条纹. 若样品表面平滑,则干涉条纹是平直的. 图五 6JA 型干涉显微镜构造 11a 5b 5a 105 131113 2 2a 2b 2c 14897a 44a 3 15 8 7 16 1b 1c 图4 6JA 型干涉显微镜光学系统 1-光源 2-聚光镜 3,11,15-反光镜 4-孔径光阑 5-视场光阑 6-照明物镜 7-分光板 8,10-物镜 9-补偿板 12-转向棱镜 13-分划板 14-目镜 16-摄影物镜
浅探光的薄膜干涉
浅谈光的薄膜干涉 刘海明，张汉谋 （陇东学院电气工程学院，甘肃庆阳 745000）摘 要：通过对牛顿环与薄膜等倾干涉进行比较，寻求出了两者的异同点，相同之处为：都是分振幅法产生的；光强分布和圆环半径r k的分布规律相同。不同之处：单色扩展光源不同；薄膜形状不同；干涉花样定域不同；内外环干涉级次分布不同；条纹宽度不同；观察及检验方法不同，并对生活中薄膜干涉现象和光的薄膜干涉应用进行了阐述。 关键词：等倾干涉；等厚干涉；光程差；增透膜 Discussion on the Thin Film Interference of Light LIU Hai-ming, ZHANG Han-mou (College of Physics and Electronic Engineering, Long-Dong University, QingYang 745000, Gansu) Abstract:By comparing Newton’s rings and films interference of equal inclination, it find out the similarities and differences between two points. The common points are: They generated by sub-amplitude method. The law of the intensity 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 widths. Different in observation and the check methods. At last, the phenomenon of film interference and the application of light interference were given out. Key words:equal inclination interference；equal thickness interference；optical path difference；AR coating 0引言 分振幅薄膜干涉分为薄膜等厚干涉和薄膜等倾干涉，薄膜等厚干涉与薄膜等倾干涉都是波的叠加结果的具体体现。两者的干涉花样相似，均为内疏外密，明暗相间的同心圆环。等厚干涉、等倾干涉均属薄膜干
椭偏光法测量薄膜的厚度和折射率
椭偏法测薄膜厚度和折射率 摘要 本实验通过椭圆偏振光法测量了氟化镁(MgF2)、氧化锆(ZrO2)及二氧化钛(TiO2)等介质薄膜的厚度和折射率，以及Cu和Al金属薄膜的厚度和消光系数。 关键词 椭圆偏振光法介质薄膜金属薄膜椭偏参数复折射率消光系数 一、引言 椭圆偏振测量（椭偏术）是研究两媒质界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振变换。椭圆偏振测量的应用范围很广，如半导体、光学掩膜、圆晶、金属、介电薄膜、玻璃(或镀膜)、激光反射镜、大面积光学膜、有机薄膜等，也可用于介电、非晶半导体、聚合物薄膜、用于薄膜生长过程的实时监测等测量。结合计算机后，具有可手动改变入射角度、实时测量、快速数据获取等优点。 二、实验原理 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1)
这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cosφ2/λ，用r1p、r1s表示光线的p分量、s分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s表示光线的p分、s分量在界面2、3间的反射系数。由多光束干涉的复振幅计算可知： 其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系：
高中物理光的干涉和薄膜干涉人教版第三册
光的干涉、薄膜干涉 教学目的 1．知识目标： (1)认识光的干涉现象及产生光干涉的条件． (2)理解光的干涉条纹形成原因，认识干涉条纹的特征． (3)了解双缝干涉条纹的特点． (4)知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用． 2．能力目标： 通过观察、实验，培养学生对物理现象的观察、表达、分析及概括能力． 3．情感目标： 通过介绍光的波动性的发现过程，渗透科学家认识事物的科学态度和辩证唯物主义观点． 教具 透明发波水槽，投影仪，光的干涉演示仪，激光干涉演示仪，灯泡，多媒体，电脑动画课件，酒精灯，肥皂溶液，铁丝圈，食盐，火柴，空气尖劈，牛顿圈，照相机镜头． 教学过程 引入新课 【演示】通过投影仪演示水波的干涉现象，提问： 1．这是什么现象？ 2．干涉图样中的“明”“暗”条纹是如何形成的？ 3．是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？ 引导学生在复习旧知识的基础上解释波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性，产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振
动情况相同的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和振动“减弱区”． 提问： 1．光有波动性吗？能否产生干涉现象？ 2．怎样得到光的干涉图样？ 【板书】第一节光的干涉 进行新课 引导学生思考：光若具有波动性，应会产生光的干涉现象，那么要得到稳定的干涉图样，必须具备什么前提条件呢？ 由前面复习可知，必须要有相干光源及频率相同、振动情况相同的两列光波．如何得到相干光波呢？可由学生先讨论． 【演示】将两个通有同频率交流电的单丝灯泡作为两个光源，放在光屏前面，如图21－1所示，移动屏与灯泡之间的距离． 现象：屏幕上看不到明暗相间的现象． 【演示】把两支同样的蜡烛点燃作为两个相同光源也看不到光的干涉现象 提问：为什么不能看到干涉图样？是光没有波动性还是没有满足相干光源的条件？ 引导学生讨论后得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是由于光无波动性，还是实验设计有错误，没有满足相干条件？历史上很长时间内人们一直认为光不是波，所以没有波动性，也不会产生干涉现象．直到19世纪英国物理学家托马斯·杨改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源． 【板书】一、双缝干涉 介绍实验装置——杨氏双缝干涉仪． 说明双缝距离很近，约为0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相的．如图21－2．【演示】先用加有红色滤光片的双缝演示仪演示单色红光的干涉条纹．再用激
薄膜干涉之等厚资料
二级物理实验 【1】、薄膜干涉中等厚干涉的特点和性质 1、薄膜干涉 分振幅法－－点光源Q 发出的一束光投射到两种透明媒质的分界面上时，它 携带的能量一部分反射回来，一部分透射过去，∝,这种分割方式 称为分振幅法。最基本的分振幅干涉装置是一块由透明媒质做成的薄膜。 Q 是点光源。由Q 点发出的光射在薄膜的上表面时，它被分割为反射和折射两束光，折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质，在这里与上表面的反射光束交迭，在两光束交迭的区域里每个点上都有一对相干光线在此相交，如相交于A,B,C,D 各点，A 点在薄膜表面，B 点在薄膜上面空间里，C 点是两平行光线在无穷远处相交，D 点是光线延长线在薄膜下面空间里。只要Q 点发出光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面附近一直延伸到无穷远。此时，在广阔的区域里到处都有干涉条纹。 观察薄膜产生的干涉条纹，可以用屏幕直接接收，更多的是利用光具组使干涉条纹成像（或用眼睛直接观察）。 由物像等光程性可知：两束光在A,B,C,D 各点的光程差与在A ′,B ′,C ′,D ′点的光程差是相等的，即参加干涉的两光束经光具组重新相遇时光程差是不变的，因此，我们在像平面上得到与物平面内相似的干涉图样，利用此方法，我们不仅可以观察薄膜前的“实”干涉条纹，还可以观察薄膜后的“虚”干涉条纹。 普遍地讨论薄膜装置整个交迭区内任意平面上的干涉图样是很复杂的问题，但实际中意义最大的是： ① 厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹 ② 厚度均匀薄膜在无穷远产生的等倾条纹 2、等厚干涉 一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面分别反射形成两列相干光波，叠加后产生干涉．其中，对楔形薄膜来说，凡是薄膜厚度相等的一些相邻位置，光的干涉效果相同而形成一条同种情况(譬如光振动加强)的干涉条纹(亮纹)．随着薄膜厚度的逐渐变化，干涉效果出现周期性变化，一般在薄膜上形成明暗交替相间的干涉条纹图样．称为等厚薄膜干涉． 由Q 点发出的光经薄膜的上表面反射一束光，再经下表面反射一束光，这两束光满足相干条件，它们在P 点相干迭加，形成干涉条纹。 这是双光束干涉问题，要研究干涉条纹的特征，我们必须先计算这两束光在P 点的光程差，如图： I 2nE IS W
用迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度
用迈克尔逊干涉仪测量薄膜厚度 （楚雄师范学院 物电系 苏进高 20071041136） 【摘要】 随着社会经济的不断发展，有机薄膜作为一种功能材料，其应用越来越广泛，相应地薄膜的生产规模也不断扩大。在薄膜的生产过程中，厚度作为薄膜的一个重要指标，对生产生活有着很大的影响，本文采用迈克尔干涉仪测量薄膜的厚度，其原理简单，操作方便，精确度高。 【关键词】 迈克尔干涉仪；薄膜折射率，薄膜厚度， Use Michelson interferometer by measuring film thickness (The Department of Electronic Information Science and Technology of ChuXiong Normal University) Abstract: With the development of social economy, the application of organic thin films is more and more prevalent as a sort of functionality material. Accordingly, the scope of the production of the organic thin films is enlarged. thickness is one of the quality for the thin films has been a significant process in the production of the organic thin films. Production has a great impact on life, Michael interferometer using thin-film thickness measurement, the principle of a simple, convenient operation, high accuracy. 引言 塑料薄膜因为有很好的不透水性,价钱便宜、轻巧等优点，因此在生产生活中有着十分广泛的运用，而厚度作为薄膜的一个重要指标，起着非常重要的作用。下面我们介绍如何用迈克尔逊干涉仪来测量薄膜的厚度，这种方法原理简单，操作方便，精确度高 测量装置及原理 E 测量装置如图所示，其中1M 、2M 是两块互相垂直的平面反射镜，1G 为分光板，2G 是补
薄膜干涉
§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 Δ取决于n 1, n 2, n 3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 或者 讨论： 1 在劈形膜棱边处e=0， 因而形成暗纹。 2 相邻两条明纹(或暗纹)在劈形膜表面的距离。 1 n n <干涉条件为 ,1,2, k k λ=明纹 暗纹 22 Δne λ =+ = 2λ ? =(21),0,1,2k k λ +=,1,2, k k λ=暗纹 明纹ne = (21),0,1, 4 k k λ + =2,1,2, 4 k k λ =暗纹 明纹
3、干涉条纹的移动 动 应用：1）用劈形膜干涉测量薄片厚度 见上图 在牛顿环中，θ逐渐增大，故条纹中 心疏，边缘密。 另由暗环半径公式 r 1 : r 2 : r 3 = 1: (2)1/2 : (3)1/2 k ? ? r k ? , 条纹间距? 3)中间条纹级次低 思考： (1) 如果平凸透镜上移，条纹怎样移动 平晶 r ?=22e λ =+=2 e λ?=e L θ?=
薄膜厚度检测原理及系统
薄膜厚度检测原理及系统 摘要：本文对目前常用的薄膜厚度光学测量方法进行了深入的研究和讨论，总结并归纳了每一种测量方法的优缺点、以及使用条件。基于原子力显微镜的薄膜厚度检测系统，该系统得到薄膜厚度，能够精确测量各种不同性质的薄膜的厚度。关键词：薄膜厚度；测量；原子力显微镜 Abstract: In this paper, the advantage and disadvantage, usable condition of many usually used optical measurement methods of thin film thickness which are analyzed and discussed in detail ,are been summarized. A measuring system of film thickness based on atomic force microscope has been developed, based on this system could measure the thickness of various films. Key words：film thickness ; measurement; AFM 1引言 随着科技的发展以及精密仪器等技术的迅速发展，薄膜技术的应用变得更为广泛，不仅在光学领域，也被广泛地应用于微电子技术、通讯、宇航工程等各种不同的领域。薄膜的厚度很大程度上决定了薄膜的力学性能，电磁性能，光电性能和光学性能，薄膜厚度又是薄膜设计和工艺制造的关键参数之一，为了制备出合乎要求的薄膜也离不开高精度的薄膜厚度检测，因此薄膜厚度的测量一直是人们密切关注和不断研究改进的课题。 在众多类检测方法当中，由于光学检测方法具有非接触性、高灵敏度性、高精度性、快速、准确、不损伤薄膜等优点，成为目前被应用最广泛的方法。在对薄膜厚度检测的理论中，按照测量方法所依据的光学原理进行分类，可分为干涉、衍射、透射、反射、偏振等方法，也可根据光源分为激光测量和白光测量[1]。目前，光谱法、椭圆偏振法和干涉法是人们讨论最多和应用最广泛的测量方法。随着光学薄膜的材料和制备技术的不断提高，传统的薄膜厚度的测量方法己经不能
薄膜干涉中额外光程差的问题
编号 2012021241 毕业设计 （ 16 届本科） 设计题目：薄膜干涉中额外光程差的问题 学院：电气工程学院 专业：物理学 班级： 12级物理学本科（2）班 作者姓名：赵志斌 指导教师：付文羽职称：教授 完成日期： 2014 年 5 月 3 日
目录 诚信声明 (1) 薄膜干涉中的额外光程差问题 (2) 1 引言 (2) 2 半波损失的概念及产生条件 (2) 3 额外光程与介质的关系 (3) 3.1 薄膜处于同一介质中 (3) 3.2 薄膜处于不同介质中 (3) 4 牛顿环的明环半径公式 (3) 5 额外光程差取值同于不同的区别 (4) 6 结论 (5) 致谢 (5)
诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二O一年月日
薄膜干涉中的额外光程差问题 赵志斌 （陇东学院电气工程学院，甘肃庆阳745000） 摘要：就薄膜干涉中两反射光间的额外光程差问题展开论述。给出了半波损失的概念。并且将薄膜干涉中计算光程时，半波损失发生在膜上表面反射与发生在膜下表面的反射，额外光程差取值的相同与否加以说明。 关键词：额外光程差；半波损失；薄膜干涉； Additional optical path difference problem in thin film interference Zhao Zhi-bin (Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu,) Abstract：On film interference in the additional optical path difference between the two reflected light problem. The concept of half wave is given. And the thin film interference to calculate the optical path, the half wave loss on the membrane surface reflection and happen under the membrane surface reflection, additional optical path difference values of the same or not. Key words: additional optical path difference; Half wave loss; Thin-film interference; 1 引言 满足相干条件的两列波在空间相遇时会发生干涉，其强度分布主要取决于光程差，光程差每改变半个波长，就可使波长发生很大的变化。光在薄膜上下表面反射时，由于半波损失物理性质会相反，因此两束光反射光相遇时的光程差中会含有额外光程差。 2 半波损失的概念及产生条件 光在介质表面反射时产生π的相位跃变即为半波损失，当入射光在掠射或正射两种情况下，光由光疏介质射向光密介质时反射光产生半波损失。因为若不是上述两种情况，即便是光由光疏介质射向光密介质，根据菲涅尔公式，反射光的合振动失量与入射光的合振动矢量 并不是反向的，相位差不是π，所以不会产生半波损失。另外，此处的半波损失是无限
用迈克尔逊干涉仪测量单层薄膜的厚度和折射率
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2G 与反射镜2M 之间(薄膜与光线垂直),或薄 膜贴在2M 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0n 有关系式： 0()d l n n =- 但是，利用上述测量单层薄膜的折射率和厚度[3][4] 的过程中存在着诸多的缺陷，首先要看到较好的等厚干涉条纹，要求单层薄膜本身较平整，以往简单的插入薄膜并不能保证薄膜的平整性，而把薄膜贴在2M 镜上，膜与镜之间也容易产生气泡，影响测量的精确性。再者要求白光等厚干涉条纹的可观测性较强，便于测量。本实验介绍了用迈克尔逊干涉仪方便，简单、清晰的观测等厚干涉条纹，进而用来测量单层薄膜厚度和折射率的方法。 实验原理 用迈克尔逊干涉仪测单层薄膜的厚度和折射率的实验装置如图1
42薄膜干涉
光的干涉 班级姓名座号 一、单项选择题 1．一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是 A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则 A．中间条纹间距较两侧更宽 B．不同色光形成的条纹完全重合 C．双缝间距离越大条纹间距离也越大 D．遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹 3．如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮条纹）．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是 A．红黄蓝紫B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄D．蓝黄红紫 4．在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为 A．2.06×10-7 m B．2.06×10-4 m C．1.68×10-4 m D．1.68×10-3 m 5．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层折射率为n的薄膜，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以表示此红外线在真空中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为 A．/4 B．/2 C．/（4n）D．/（2n）
干涉的分类和薄膜干涉的分类
实验十五用牛顿环测量球面的曲率半径 一、干涉的分类和薄膜干涉的分类 干涉:是指满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布. 干涉的种类: 1、相长干涉（constructive interference）： 两波重叠时，合成波的振幅大于成分波的振幅者，称为相长干涉或建设性干涉。 若两波刚好同相干涉，会产生最大的振幅，称为完全相长干涉或完全建设性干涉（fully constructive interference）。 2、相消干涉（destructive interference）： 两波重叠时，合成波的振幅小于成分波的振幅者，称为相消干涉或破坏性干涉。 若两波刚好反相干涉，会产生最小的振幅，称为完全相消干涉或完全破坏性干涉（fully destructive interference）。 薄膜干涉的分类: 等倾干涉和等厚干涉是薄膜干涉的两种典型形式 等倾干涉:由薄膜上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的干涉．薄膜通常由厚度很小的透明介质形成．如肥皂泡膜、水面上的油膜、两片玻璃间所夹的空气膜、照相机镜头上所镀的介质膜等．比较简单的薄膜干涉有两种，一种称做等厚干涉，这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉．另一种称做等倾干涉．当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉．等倾干涉一般采用扩展光源，并通过透镜观察． 等厚干涉:把两块干净的玻璃片紧紧压叠，两玻璃片间的空气层就形成空气薄膜．用水银灯或纳灯作为光源，就可以观察到薄膜干涉现象．如果玻璃内表面不很平，所夹空气层厚度不均匀，观察到的将是一些不规则的等厚干涉条纹，通常是一些不规则的同心环．若用很平的玻璃片(如显微镜的承物片)则会出现一些平行条纹．手指用力压紧玻璃片时，空气膜厚度变化，条纹也随之改变．根据这个道理，可以测定平面的平直度．测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的隆起或下陷都可以从条纹的弯曲上检测出来．若使两个很平的玻璃板间有一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可用来测很小的长度． 二、等厚干涉的特点 明暗相间的同心圆环；级次中心低、边缘高；中心疏，边缘密的同心圆环. 三、牛顿环的历史
用薄膜测厚仪测量薄膜厚度及折射率
材料物理实验报告 实验时间 年 月 日 [实验名称] 用薄膜测厚仪测量薄膜厚度及折射率 [实验目的] 1、了解测量薄膜厚度及折射率的方法，熟悉测厚仪工作的基本原理。 2、通过本实验了解薄膜表面反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成反射谱原理。 3、借助光学常数，对薄膜材料的光学性能进行分析。 [实验仪器] 测厚仪、已制备好薄膜数片、参考反射板（硅片） [实验原理] SGC-10薄膜测厚仪，适用于介质，半导体，薄金属，薄膜滤波器和液晶等薄膜和涂层的厚度测量。该薄膜测厚仪采用new-span 公司先进的薄膜测厚技术，基于白光干涉的原理来测定薄膜的厚度和光学常数（折射率n ，消光系数k ）。它通过分析薄膜表面的反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成的反射谱，用相应的软件来拟合运算，得到单层或多层膜系各层的厚度d ，折射率n ，消光系数k 。 在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1) 图(1-1) 这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中 δ=2πdn2cos φ2/λ ，用r1p 、 r1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2间的反射系数， 用r2p 、r2s 表示光线的p 分、s 分量在界面2、3间的反射系数。 由多光束干涉的复振幅计算可知： 姓名： 范丽晶 班级：应用物理071 学号： 07411200126 成绩：
其中Eip和Eis 分别代表入射光波电矢量的p分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。现将上述Eip、Eis 、Erp、Ers四个量写成一个量G，即： 我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出： G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2 、φ3可用φ1表示) ，即ψ=tg-1f，Δ=arg| f |，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程： [tgψe iΔ]的实数部分= 的实数部分 [tgψe iΔ]的虚数部分= 的虚数部分 若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d (n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系：
薄膜干涉与双缝干涉
薄膜干涉与双缝干涉 图样 例题 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。 （1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光
学元件的字母排列顺序应为C、_________、A。 （2）本实验的步骤有： ①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； ③用米尺测量双缝到屏的距离； ④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤②时还应注意___________________和___________________。 （3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数_________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm。 （4）已知双缝间距d为 2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ=________，求得所测红光波长为__________nm。 解析：动手完成实验时，有许多细节要注意：许多实验室的单缝片、双缝片、遮光筒是一套组合，其单缝与双缝的间距是固定的，但是要是按照图中所表述的情况来看，这些间距是可调的，所以，单缝和双缝间距要调整为5~10 cm，并且要注意单缝与双缝平行放置。螺旋测微器的读数方法掌握，结合波长与条纹间距关系公式，可以求出所测得单色光的波长。 （3）螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.0×0.01 mm，两者相加 为13.870 mm。图2的读数为：2.320mm，所以△x=13.870 2.320 5 - =2.310mm。 （4）根据△x＝L d λ，知λ= d L △x，代入数据，λ=6.6×102 nm。 答案：（1）E D B （2）单缝和双缝间距5 cm~10c m，使单缝与双缝相互平行。 （3）13.870 2.310 （4）d x L ?，6.6×102
薄膜干涉之等厚资料
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 薄膜干涉之等厚资料 二级物理实验【1】、薄膜干涉中等厚干涉的特点和性质 1、薄膜干涉分振幅法－－点光源 Q 发出的一束光投射到两种透明媒质的分界面上时，它携带的能量一部分反射回来，一部分透射过去，,这种分割方式称为分振幅法。 最基本的分振幅干涉装置是一块由透明媒质做成的薄膜。 Q 是点光源。 由 Q 点发出的光射在薄膜的上表面时，它被分割为反射和折射两束光，折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质，在这里与上表面的反射光束交迭，在两光束交迭的区域里每个点上都有一对相干光线在此相交，如相交于 A, B, C, D 各点， A 点在薄膜表面， B 点在薄膜上面空间里， C 点是两平行光线在无穷远处相交， D 点是光线延长线在薄膜下面空间里。 只要 Q 点发出光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面附近一直延伸到无穷远。 此时，在广阔的区域里到处都有干涉条纹。 观察薄膜产生的干涉条纹，可以用屏幕直接接收，更多的是利用光具组使干涉条纹成像（或用眼睛直接观察）。 由物像等光程性可知： 两束光在 A, B, C, D 各点的光程差与在 A , B , C , D点的光程差是相等的，即参加干涉的两光束经光具组重新相遇时光程差 1 / 10
是不变的，因此，我们在像平面上得到与物平面内相似的干涉图样，利用此方法，我们不仅可以观察薄膜前的实干涉条纹，还可以观察薄膜后的虚干涉条纹。 普遍地讨论薄膜装置整个交迭区内任意平面上的干涉图样是很复杂的问题，但实际中意义最大的是： ① 厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹② 厚度均匀薄膜在无穷远产生的等倾条纹 2、等厚干涉一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面分别反射形成两列相干光波，叠加后产生干涉．其中，对楔形薄膜来说，凡是薄膜厚度相等的一些相邻位置，光的干涉效果相同而形成一条同种情况(譬如光振动加强) 的干涉条纹(亮纹) ．随着薄膜厚度的逐渐变化，干涉效果出现周期性变化，一般在薄膜上形成明暗交替相间的干涉条纹图样．称为等厚薄膜干涉．由 Q 点发出的光经薄膜的上表面反射一束光，再经下表面反射一束光，这两束光满足相干条件，它们在 P 点相干迭加，形成干涉条纹。 这是双光束干涉问题，要研究干涉条纹的特征，我们必须先计算这两束光在 P 点的光程差，如图： I2nEISW =图 2-4 薄膜表面干涉场中光程差的计算又因为 A 和 P 两点很近，夹角很小，作为一级近似，可作垂直于，则有（折射定律）所以其中 i 是光在薄膜内的折射角， n 为薄膜的折射率， h 为 P 点薄膜的厚度由极值方程知：
高二物理最新教案-2018薄膜干涉 精品
光的干涉、薄膜干涉教学目的 1．知识目标： (1)认识光的干涉现象及产生光干涉的条件． (2)理解光的干涉条纹形成原因，认识干涉条纹的特征． (3)了解双缝干涉条纹的特点． (4)知道薄膜干涉是如何获得相干光源的，了解薄膜干涉产生的原因，知道薄膜干涉在技术上的应用． 2．能力目标： 通过观察、实验，培养学生对物理现象的观察、表达、分析及概括能力． 3．情感目标： 通过介绍光的波动性的发现过程，渗透科学家认识事物的科学态度和辩证唯物主义观点． 教具 透明发波水槽，投影仪，光的干涉演示仪，激光干涉演示仪，灯泡，多媒体，电脑动画课件，酒精灯，肥皂溶液，铁丝圈，食盐，火柴，空气尖劈，牛顿圈，照相机镜头． 教学过程 引入新课 【演示】通过投影仪演示水波的干涉现象，提问： 1．这是什么现象？ 2．干涉图样中的“明”“暗”条纹是如何形成的？ 3．是否任何两列波在传播空间相遇都会产生这样的现象？ 引导学生在复习旧知识的基础上解释波的干涉现象是两列波在传播中相遇叠加而形成的，是波的特性，产生稳定干涉现象的条件是有相干波源——频率相等且振动情况相同的两列波，干涉图样中的“明”“暗”条纹就是相干波源叠加形成的振动“加强区”和振动“减弱区”．
提问： 1．光有波动性吗？能否产生干涉现象？ 2．怎样得到光的干涉图样？ 【板书】第一节光的干涉 进行新课 引导学生思考：光若具有波动性，应会产生光的干涉现象，那么要得到稳定的干涉图样，必须具备什么前提条件呢？ 由前面复习可知，必须要有相干光源及频率相同、振动情况相同的两列光波． 如何得到相干光波呢？可由学生先讨论． 【演示】将两个通有同频率交流电的单丝灯泡作为两个光源，放在光屏前面，如图21－1所示，移动屏与灯泡之间的距离． 现象：屏幕上看不到明暗相间的现象． 【演示】把两支同样的蜡烛点燃作为两个相同光源也看不到光的干涉现象 提问：为什么不能看到干涉图样？是光没有波动性还是没有满足相干光源的条件？ 引导学生讨论后得到：两个独立热光源的光波相遇得不到干涉现象，是由于光无波动性，还是实验设计有错误，没有满足相干条件？历史上很长时间内人们一直认为光不是波，所以没有波动性，也不会产生干涉现象．直到19世纪英国物理学家托马斯·杨改进实验设计，在历史上第一次得到了相干光源． 【板书】一、双缝干涉 介绍实验装置——杨氏双缝干涉仪． 说明双缝距离很近，约为0.1mm，强调双缝S1、S2与单缝S的距离相等，所以两单缝S1、S2处光的振动不仅频率相同，而且总是同相的．如图21－2． 【演示】先用加有红色滤光片的双缝演示仪演示单色红光的干涉条纹．再用激光干涉演示仪演示得到一个更大的干涉图样让学生观察．增大双缝与屏的距离，可以看到条纹宽度和间距都增大． 通过观察，让学生总结干涉图样的特点． 【板书】1．双缝干涉现象： (1)明暗相间的条纹； (2)相邻的亮条纹等距，相邻的暗条纹——中央亮纹．