薄膜干涉
薄膜干涉-等倾干涉
在等倾干涉中，光线在薄膜的上、下表面反射后发 生相干，形成干涉条纹。
03
等倾干涉广泛应用于光学仪器、光通信等领域，是 光学干涉技术中的重要组成部分。
等倾干涉的条件
1
入射光束必须为平行光束，且入射角相等。
2
薄膜必须具有一定的厚度，且上下表面反射率相 近。
3
入射光波长需满足一定条件，使得光在薄膜中发 生相干。
发展等倾干涉的数值模拟方法
利用计算机模拟等倾干涉现象，预测不同条件下的干涉结果，为实验设计和优化提供指 导。
等倾干涉的实验研究
探索新型的干涉实验技术和装置
开发更先进、更高效的实验装置和方法，提高干涉实验的精度和可靠性。
拓展等倾干涉的应用范围
将等倾干涉技术应用于更多领域，如光学传感、表面检测、生物医学等，发掘其潜在的应用价值。
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THANKS
薄膜干涉的应用
01
02
03
光学检测
利用薄膜干涉现象检测光 学元件的表面质量、光学 薄膜的厚度和折射率等参 数。
光学信息处理
利用薄膜干涉现象实现光 学信息的调制、滤波和合 成等操作。
光学仪器
薄膜干涉现象用于制造各 种光学仪器，如干涉仪、 光谱仪和望远镜等。
02 等倾干涉原理
等倾干涉的概念
01
等倾干涉是指当平行光束入射到薄膜表面时，在等 倾角的位置上产生干涉现象。
实验设备
分束器
将激光分成反射和 透射光束。
观察装置
包括显微镜和屏幕， 用于观察干涉现象。
激光源
用于提供单色相干 光源。
薄膜样品
需要制备不同厚度 和折射率的薄膜样 品。
测量工具
用于测量薄膜厚度 和折射率。
普通物理11.4薄膜干涉PPT课件
薄膜干涉的形成机制
薄膜干涉是指光波在薄膜表面反射和折射后形成的干涉现象。当光波入 射到薄膜上时，一部分光波被反射，另一部分光波透射进入薄膜内部。
在薄膜内部，光波会经历折射和反射，多次反射和透射后形成多束相干 光波，这些光波在薄膜表面相遇并相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
发生反射和折射。
屏幕
用于接收干涉条纹，通常选用 白色屏幕。
测量工具
包括显微镜、测微器和角度测 量仪等，用于精确测量薄膜的
厚度和干涉条纹的间距。
实验操作流程
调整光源
调整光源的角度，使光线垂直 照射在薄膜上，确保光路正确。
数据测量
使用测量工具测量薄膜的厚度 和干涉条纹的间距，记录数据。
准备实验器材
按照实验装置图搭建实验装置， 确保所有器材完好无损。
光学信息处理
光束整形与调制
薄膜干涉技术可以对光束进行整形和调制，实现光束的聚焦、散焦、 偏转、调制等操作，用于信息传输、显示和存储等领域。
光波前处理
利用薄膜干涉技术可以对光波前进行调制和处理，实现光束的相干 控制和非线性光学效应等，用于光通信、光计算和光传感等领域。
图像处理与增强
薄膜干涉技术可以用于图像处理和增强，如图像的对比度增强、清晰 度提高、噪声抑制等，提高图像的视觉效果和信息传递能力。
02 薄膜干涉的基本原理
光的波动性
01
光的波动性是指光在传播过程中 表现出的振动和传播的特性。光 波是一种横波，具有振幅、频率 和波长等物理量。
02
光波在传播过程中会与介质相互 作用，产生能量交换和传播方向 的改变，这种现象称为光的干涉 。
薄膜干涉公式推导
薄膜干涉公式推导薄膜干涉公式是描述薄膜干涉现象的数学公式。
薄膜干涉是指光线经过薄膜时由于不同厚度的薄膜对光的干涉而产生的现象。
薄膜可以是透明的、均匀的材料，如气体或液体，也可以是固体材料的表面。
薄膜干涉广泛应用于光学、材料科学和化学等领域。
薄膜干涉公式可以用来计算两束光线在经过薄膜后的干涉效果。
根据薄膜的厚度、折射率以及入射光的波长，可以确定干涉的结果。
薄膜干涉公式的推导基于菲涅尔公式和反射定律。
首先，根据反射定律，可以得到入射光与薄膜表面的反射光和折射光之间的关系。
然后，使用菲涅尔公式计算反射光和折射光的振幅比。
最后，根据入射光的波长和相位差的变化，可以计算出干涉条纹的位置和强度。
薄膜干涉公式可以表示为：2nt = (2m + 1)λ/2其中，n是薄膜的折射率，t是薄膜的厚度，m是干涉条纹的阶数，λ是入射光的波长。
薄膜干涉公式表明，当满足上述条件时，干涉条纹将出现。
干涉条纹的强度和位置取决于薄膜的厚度、折射率以及入射光的波长。
通过调整这些参数，可以控制干涉条纹的形态和强度。
薄膜干涉公式的推导过程较为复杂，需要深入了解光学原理和数学知识才能进行推导。
然而，理解薄膜干涉公式的基本原理对于解释薄膜干涉现象和设计相关实验非常重要。
薄膜干涉公式的应用十分广泛。
例如，在光学薄膜领域，可以根据薄膜干涉公式来设计制备具有特定光学性质的薄膜材料。
在化学和材料科学领域，可以利用薄膜干涉公式来研究薄膜的结构和性质。
此外，薄膜干涉公式还可以应用于光学传感器、光学显微镜等领域。
薄膜干涉公式是描述薄膜干涉现象的数学公式，可以用来计算干涉条纹的位置和强度。
它在光学、材料科学和化学等领域有着广泛的应用。
通过深入理解和应用薄膜干涉公式，可以推动相关领域的研究和技术发展。
薄膜干涉原理
薄膜干涉原理
薄膜干涉原理是一种基于光的波动性质的现象。
当光线穿过一个薄膜时，由于光的波动性质，光波会分成两部分，分别经过薄膜的上下表面，并在后续的叠加过程中产生干涉现象。
这种干涉现象是由于光波在不同介质中传播速度不同而引起的。
当光波由空气射入到薄膜中时，由于光速在薄膜中的折射率不同，光波的传播速度发生改变，从而产生了相位差。
根据薄膜的厚度和折射率，光波在薄膜内部的传播路径和相位差会发生变化。
当两个传播路径相遇时，它们会发生干涉现象。
如果两个光波之间的相位差为整数倍的波长，就会出现增强的干涉条纹，也称为增强干涉，而当相位差为半波长的奇数倍时，则会出现减弱的干涉条纹，也称为消除干涉。
根据薄膜的性质，薄膜干涉现象可以用于测量光的波长、厚度以及透明度等物理参数。
例如，利用薄膜干涉现象可以制作偏振镜、干涉滤光片、反射镀膜等光学器件。
此外，薄膜干涉还常用于表面质量检测、光学信号传输等领域。
在实际应用中，为了增加干涉效果，常常使用多层薄膜叠加的方法。
通过调节每层薄膜的厚度和折射率，可以实现对光的不同波长的选择性透射或反射。
这种叠加的多层薄膜结构可以用于制作彩色滤光片、干涉式显示器、激光器等光学器件。
总之，薄膜干涉原理是一种基于光的波动性质的现象，通过控
制薄膜的性质和排列方式，可以实现对光波的干涉效果，从而应用于光学器件和光学测量中。
薄膜干涉的原理及应用
薄膜干涉的原理及应用薄膜干涉是指光线在两个平行的透明介质界面之间传播时发生的干涉现象。
薄膜干涉的原理主要有两种，一种是取决于光线经过薄膜时的反射和折射，另一种是取决于薄膜上存在的厚度变化。
首先，光线经过薄膜时的反射和折射产生干涉是薄膜干涉的一种原理。
当入射光线照射到薄膜上时，一部分光线被薄膜上的介质反射，一部分光线经过薄膜后折射出去。
由于折射率的差异，光线的相位发生变化，产生了干涉现象。
根据不同的入射角度和薄膜的厚度，干涉的结果有时是增强，有时是消减。
也就是说，入射光线经过薄膜干涉后，会出现明暗相间的干涉条纹。
其次，薄膜上存在的厚度变化也会导致光线的干涉现象。
当薄膜具有不均匀的厚度分布时，入射光线在不同位置的薄膜上经过不同的光程，从而产生干涉现象。
这种干涉称为厚度干涉，通过观察干涉条纹的形态可以获取薄膜的厚度信息。
薄膜干涉具有许多应用。
以下是几个常见的应用：1.薄膜干涉可以用于制造薄膜光学器件，如光学镀膜和光学滤光片。
通过选择适当的薄膜材料和调节厚度，可以实现对特定波长光的反射或透射。
这些器件在摄影、显示器、激光技术等领域中得到了广泛应用。
2.薄膜干涉在非破坏性测试技术中起着重要作用。
通过测量干涉条纹的变化，可以获取材料的厚度、表面形貌、应力等信息，从而判断材料的质量和性能。
3.薄膜干涉还可以用于生物医学领域的光学显微镜。
通过将样本置于薄膜上，当入射光通过样本和薄膜时，会发生干涉现象。
通过观察干涉条纹的形态和变化，可以获得有关样本的信息，如细胞的形态、结构和运动等。
4.薄膜干涉还可以应用于材料的质量控制和检测。
通过测量干涉条纹的变化，可以判断材料的化学成分、密度、厚度等，从而实现对材料质量的检测和控制。
总之，薄膜干涉是光学中一种重要的现象，其原理包括光线的反射和折射产生的干涉以及薄膜的厚度变化引起的干涉。
薄膜干涉具有广泛的应用，包括光学器件制造、非破坏性测试、生物医学等领域。
通过利用薄膜干涉的原理，可以实现对材料性能和质量的检测和控制。
薄膜干涉
{ (2k 1) 2
k 0.1.2.3. 暗纹
i
e
n1
r
C
B n 2
2)计算光程差时，是否要 计入附加光程差/2，要依 薄膜及周围介质而定。
n3 若n1 n2 n3或 n1n2 n3 ，无附加光程差/2 若 n1n2 n3 或 n1n2 n3 ，有附加光程差/2 3）如果光源是点光源，条纹是非定域的。如果 光源是面光源，则干涉条纹是定域的（定域于 薄膜表面的附近）。
3）如果光源是点光源，条纹是非定域的。如果 光源是面光源，则干涉条纹是定域的（定域于 薄膜表面的附近）。 S S
S
S
4）如e一定，则对应不同的入射角有不同的干涉 级。（入射角 i 相同的光线产生同一级干涉条 纹）这种干涉叫等倾干涉。
当e一定时， 2e n n sin i ( ) f (i) 2
205 5.46 10 2 0.20
0.28 10
3
7
L E
l
n 1.00028
n1
i
A e
r
C
B n2
n1
2 2 2 1
2n2e cos r
n1 sin i n2 sin r
2
或：
2e n n sin i
2 2 2 1 2
则明暗纹公式：
2e n n sin i ( )
=
{ (2k 1) 2
k
2 k 0.1.2.3. 明纹
l
…(2)
由明纹公式：
ek
ek 1
2n2
{ 2e
2ek n2
2
k …(3)
薄膜干涉概述
2
通常习惯上用入射角i表示光程差：
由于 cos 1 sin2 1 ( n1 )2 sin2 i
n2
2n2e
n22
n12 sin2 i n22
2
2e
n22
n12
sin2
i
2
2
❖透射光的光程差
同理，可得 2e n22 n12 sin2 i
与反射光不同的是，没有半波损失。
3、干涉加强、减弱条件
6
２、光程差分析
S
❖反射光的光程差
S1
设n2＞n1，设薄膜厚度为e,a1、 a2 为两平行相干光。
作 BD⊥AD ， 则 反 射 光 的 光
程差为AＤ，总光程差为
Δ＝n2(AC+CB)－n1AD +
2
a
a1
iD
i
e
A
B
C
a2
n1
n2
n1
界面AB上反射光线a1有半波损失 故有 （也可用 ）
❖为达到反射光干涉相消的目的，
则要求从介质透明薄膜的外界面
ai
（空气与薄膜的接触面）与内界
面（薄膜与透镜等的接触面）上
e
反射回来的光振幅要接近相等，
使干涉相消的合振幅接近于零。
b1
b
a1
n1 1
n2 1.38
n3 1.8
这就要求选择合适的透明介质薄膜，使其折射率介于空气和玻
璃面的某一恰当的数值。通常选氟化镁作增透膜。
射本领，例如，激光管中谐振腔内的反射镜，宇航员的头盔和 面甲等。为了增强反射能量，常在玻璃表面上镀一层高反射率 的透明薄膜，利用薄膜上、下表面的反射光的光程差满足干涉 相长条件，从而使反射光增强，这种薄膜叫增反膜。
薄膜的干涉的原理及应用
薄膜的干涉的原理及应用一、薄膜干涉的基本概念薄膜干涉是指光波在经过透明薄膜时发生的干涉现象。
薄膜是一种在物体表面上有一定厚度的透明材料层。
当光波通过薄膜时，部分光波会被反射，而部分光波会被折射。
这两部分光波在空间中叠加形成干涉。
薄膜干涉现象是由于光的波动性和光在不同介质中传播速度不同的性质所引起的。
主要的原理是反射干涉和折射干涉。
二、薄膜干涉的原理2.1 反射干涉当一束光波垂直入射到薄膜上时，部分光波被反射，部分光波被折射。
反射光波和折射光波之间会发生干涉现象，形成反射干涉。
反射干涉的原理可以用光程差来解释。
光程差是指光波从光源到达观察者的路径长度差。
当反射的两束光波的光程差是波长的整数倍时，它们会相干叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
2.2 折射干涉当光波从一个折射率较高的介质进入到一个折射率较低的介质中时，光波会发生折射。
在这个过程中，反射和透射的光波之间也会发生干涉。
折射干涉的原理与反射干涉类似，都是由光程差引起的。
当折射的两束光波的光程差是波长的整数倍时，它们会相干叠加，形成干涉条纹。
三、薄膜干涉的应用薄膜干涉在许多领域中有着广泛的应用，下面列举了几个主要的应用：3.1 光学镀膜薄膜干涉在光学镀膜中有着重要的应用。
通过在光学元件的表面上镀上特定的薄膜，可以改变光学元件的反射和透射特性。
利用薄膜的干涉效应，可以实现对特定波长的光的反射和透射的选择性增强或减弱，从而改善光学元件的性能。
3.2 惠斯托克森干涉仪惠斯托克森干涉仪是一种基于薄膜干涉原理的光学仪器。
它由两个平行的透明薄膜组成，在光路中产生干涉现象。
通过观察干涉条纹的变化，可以测量物体的形状、厚度和折射率等参数。
3.3 光学薄膜滤波器光学薄膜滤波器利用薄膜干涉的原理，可以选择性地透过或反射特定波长的光。
这种滤波器在光学传感器、摄像机、光学仪器等领域中广泛应用，用于分离和选择特定的光谱成分。
3.4 光膜干涉显示技术光膜干涉显示技术利用薄膜的干涉效应，在显示屏上产生出明亮、清晰的图像。
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清晰明亮，次极大处的条纹相
对越来越暗，甚至不被察觉。
光的干涉
N=2 N=3 N=4 N =10
N 很大
-2
-1
0
1
2
N 增大，主极大条纹变亮变窄，次极大数目变多而相对强度变小。
光的干涉
N=2 N=3 N=4 N =10 N 很大
N个相干线光源干涉条纹示意图
意义最大的是厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹 (equal inclination fringes)和厚度不均匀薄膜 表面的等厚条纹(equal thickness fringes) 。
光的干涉
肥皂泡和在平静水面上的油膜表面的彩色图样， 许多昆虫（蝉、蜻蜓）翅翼上所见的缤纷色彩 皆是薄膜前后表面反射光的干涉所致。
相应的相位差
光的干涉
相邻两光线在 P 点的相位差
设各光线在 P 点的振幅大小均为 用旋转矢量法求 N 个振动的合成振幅大小
先粗略了解 随
的变化概貌
同向叠加（主极大） 自行封闭
同向叠加（主极大）
同向叠加
自行封闭 位于相邻 自行封闭 两零值间
同向叠加
（主极大）
（次极大）
（主极大）
光的干涉
与
各旋转矢 量的垂直 平分线的 公共交点
光的干涉
完
光的干涉
光的干涉
备用资料
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
例6
光的干涉
例7
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
640 nm
4.80 mm 6.40 mm
4.00 m
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
N 个初相相同
的相干线光源
相邻两光线的光程差
(2)属于等厚干涉，内圈的条纹级次低, 条纹间距不等，为什么？
光的干涉
(3)将牛顿环置于 n 1 的液体中，条 纹如何变？
r kR n r
n
向中心缩，变密
(4)应用例子:可以用来测量光波波长，
用于检测透镜质量，曲率半径等.
工件 标准件
光的干涉
2. 牛顿环的应用：
依据公式
r2 km
▲ 波长对条纹的影响：k，e 一定， i rk
▲白光垂直照射时，光程差满足kλ的波相关加强，
薄膜呈现以该波长为主的颜色。）
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
A
A P
P
P′ B
d B
0 1 23 4
01 23 45 67
11/ 2
紫 k 2,
红
2n1d 736nm 红光
2 1/ 2
色 k 3, 2n1d 441.6nm 紫光
31/ 2
k 4, 2n1d 315.4 nm
4 1/ 2
光的干涉
例
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
等倾干涉条纹
P 透镜
光的干涉
第三节
dividing-amplitude interference film interference
光的干涉
▲ 薄膜干涉(film interference)是分振幅干涉。 ▲ 日常中见到的薄膜干涉：雨天地上油膜的彩色、 肥皂泡表面的的彩色等 ▲ 膜为何要薄？
▲普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。
k k´ O
焦平面 f
光源 S λ
i´ i i
薄膜
玻璃片
i´
n2 e
光的干涉
(i) 2e
n22
n12
sin2
i
2
k
0
条纹特点：
▲ 形状： 一系列同心圆环 r环= f tgi
▲ 条纹间隔分布： 内疏外密（想想为什么？）
▲ 条纹级次分布：e 一 定 时 ，k i rk ▲ 膜厚变化时，条纹的移动： k一定，e i rk
白光下的油膜
白光下的肥皂膜
光的干涉
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
水膜在白光下
肥皂泡玩过吗?
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
若要完全相消，还应考虑 什么对干涉的影响？
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
已知 一油轮漏出的油(折射率n1=1.20)污染 了某海域, 在海水(n2=1.30)表面形成一层薄 薄的油污.
rk2
mR
▲ 测透镜球面的半径R
已知 , 测m、rk+m、rk ，可得R 。
▲ 测波长
已知R，测出m、rk+m、rk，可得 。
▲ 检验透镜球表面质量
标准验规
若条纹如图，说明待测透镜球 表面不规则，且半径有误差。
待测透镜
暗纹
光的干涉
测量透镜的曲率半径
rk2 kR
r2 km
(k
32 6
b'
光的干涉
(4)测细丝的直径 空气 n 1
n1
nd
n1 L
b光的干涉
讨 明环半径 论 暗环半径
r (k 1)R (k 1,2,3, )
2
r kR (k 0,1,2, )
(1)从反射光中观测，中心点是暗点还 是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点 还是亮点？
光的干涉
hr
oR
油膜边缘 k 0, d0 0
k 1, d1 250 nm
k 2, d2 500 nm
d k 3, d3 750 nm
k 4, d4 1000 nm
由于 h 8.0102 nm 故 可观察到四条明纹 .
光的干涉
h
r
oR
讨论
d 油滴展开时，条纹间
距变大，条纹数减少
R2 r2 [R (h d)]2 r2 2R(h d)
R r2 2(h d )
光的干涉
光的干涉
光的干涉
总结
(1)干涉条纹为光程差相同的点的轨迹， 即厚度相等的点的轨迹.
k 1
d
d
2n
光的干涉
(2)厚度线性增长条纹等间距，厚度非线 性增长条纹不等间距.
(3)条纹的动态变化分析（n, , 变化时）
光的干涉
(4)半波损失需具体问题具体分析.
n n
n1 n3
n2
n1 n2 n3
光的干涉
第四节
Michelson interferometer
光的干涉
光的干涉
迈克耳孙干涉仪
续上
光的干涉
光的干涉
等倾和等厚光路
光的干涉
光的干涉
光的干涉
m)R
R
r2 km
r2 k
m
R
r
2r
光的干涉
光的干涉
例2 如图所示为测量油膜折射率的实验装
置，在平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆
形油膜，在波长 600nm的单色光垂直入射
下，从反射光中可观察
L S
h
到油膜所形成的干涉条
纹．已知玻璃的折射率
为 n1 1.50 ，油膜的折
nn21 G
射率 n2 1.20 ，问：当 油膜中心最高点与玻璃
光的干涉
片的上表面相距 h 8.0102 nm 时，干涉条 纹是如何分布的？可看到几条明纹？明纹所 在处的油膜厚度为多少 ?
L S
h
解 条纹为同心圆
Δ 2n2dk k 明纹
nn21 G
dk k 2n2 k 0,1,2,
(1)如果太阳正位于海域上空，一直升飞 机的驾驶员从机上向正下方观察，他所正对 的油层厚度为460 nm,则他将观察到油层呈 什么颜色?
(2)如果一潜水员潜入该区域水下，并向 正上方观察，又将看到油层呈什么颜色？
光的干涉
已知 n1=1.20 n2=1.30 d=460 nm
解 (1)Δr 2dn1 k
的普遍关系
相邻两光线的相位差
当 同向叠加。用罗彼塔法则得 主极大
当
旋矢自行封闭
在两个相邻的主极大之间，
存在
个
，从而
存在
个次极大（处于每
两相邻零值位置的中间）。据
此可应用 公式算出次极大
的幅值，可以发现，当 N 增大
时，次极大相对于主极大迅速
变小。
设相干点光源的强度相同，
而且
已给定，随 N 的增
大，屏幕上主极大处的条纹越
2n1d , k 1,2,
k
k 1, 2n1d 1104 nm
k 2, k 3,
n1d 552 nm 绿色
2 3
n1d
368 nm
光的干涉
(2)透射光的光程差 Δt 2dn1 / 2
k 1, 2n1d 2208nm
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
光的干涉
4.0mm
3.0mm
光的干涉
SSiiOO22 SSii
光的干涉
(1)干涉膨胀仪 l
l0
l N
2
(2)测膜厚
n1
n2
Si
e SiO2
eN
2n1
光的干涉