2薄膜干涉
薄膜干涉实验
薄膜干涉实验-高中物理自制教具 学习笔记2008-03-20 10:31:12 阅读275 评论5 字号：大中小订阅 高中物理讲薄膜干涉实验时，按书上的装置来做，虽能勉强做出，但笔者认为，效果还不十分理想。(1)金属丝圈在肥皂液里蘸过以后，环上形成的液膜，要等一阵，让液膜形成楔形截面才能看到干涉条纹。在这“等”的过程中，肥皂液膜由于受风吹，操作者的喘气，酒精灯火焰的热辐射等因素的干扰，液膜蒸发快，存留时间短(几秒至十几秒钟)，往往刚出现干涉条纹，液膜随之破裂，让观察者大为扫兴，又得重新蘸皂液.这样来回多次，既浪费时间，又不能仔细观察.(2)老师们都做过肥皂泡上的光的干涉现象，有的老师还亲自配制肥皂液让学生自己吹出泡泡进行观察，如肥皂液配不好，泡泡吹不大，甚至吹不出来.吹出来的泡泡碰到物体，立刻破裂。(3)肥皂泡在空中飞动着，不便观察.笔者利用废弃材料对此实验进行改进，不仅克服了上述弊端，还巧得“牛顿环”、“液体表面张力”等多项实验.还将这些演示实验变成学生实验，教学效果令人满意。 现介绍如下。 1 制作方法 1.1 取无色透明塑料饮料瓶(350～1250 ml，笔者选用1250 ml)1个，截去小部分锥体。在瓶里放入4角匙洗衣粉，再加入400 ml，20oC的清水(洗衣粉溶液可静置数小时后，除去杂质，加入一些食糖水或甘油效果更好)，制成洗衣粉溶液，如图1中的A所示。 1.2 制作金属丝(直径2 mm)长方形(长约7 mm，宽约6 cm)框架，留长杆部分33 cm(接头部分最好进 行焊接)，如图1中的B所示。 1.3 另取同一规格的饮料瓶，截得大部分锥体(从圆柱体和圆锥体的结合部截下)，保留待用，如图1中 的C所示.在瓶盖上打孔，能让长方形框架的长金属丝杆穿过 1.4 将有孔瓶盖在截下待用的锥体瓶口上拧紧，让长方形框架上的长金属丝杆从瓶盖的孔里穿出，用一 鳄鱼夹(或衣夹)夹住瓶口外的金属丝。 1.5 将装有金属丝框架的圆锥体套在前述截去锥体部分的装有洗衣粉溶液的饮料瓶上，如图2所示。 2 实验方法 2.1 薄膜干涉实验.松开鳄鱼夹，让长方形金属丝框在洗衣粉溶液里蘸一下，框架上就形成一层洗衣粉液膜，将液膜在瓶里提升到圆柱体中部，用鳄鱼夹夹住瓶口外金属丝杆，使液膜在饮料瓶中定位。稍待片刻，液膜由于重力作用，成了上薄下厚的楔形截面。此时图3 将点燃的酒精灯(可撒些食盐使火焰发黄光)放在饮料瓶前，就可以在薄膜上看到火焰的反射像，像上出现了明暗相间的水平干涉条纹.如用烛焰照射液膜，液膜上的反射像将出现彩色水平条纹。再如用白光照射上述液膜，薄膜上就出现各种不同颜色的水平直条纹，如图3所示。 2.2 洗衣粉液泡上光的干涉实验。另取一个1250 ml无色透明饮料瓶，往瓶里注入30 ml左右预先配制好的洗衣粉溶液，拧紧瓶盖，摇动饮料瓶，并注意让洗衣粉溶液能达到瓶口部分，或者来回翻转饮料瓶数次，瓶内就会出现多个大大小小的，同时也会在柱体部分或锥体部分出现一至二层液膜.在室内光线(太阳光下效果更佳)下，选出观察“对象”，将饮料瓶放在水平桌面上，稍待片刻，就可看到洗衣粉液泡泡上的弯曲 彩色图4 条纹，如图4所示。 2.3 观察“牛顿环”。在上述液膜层上，观察者处于某一角度，即可看到彩色的同心圆环，变化万千，生动有趣，如图4所示.如果觉得洗衣粉液泡或液膜层(观察对象)形状不够理想，可用自行车辐条锉尖，在打火机的小火焰上稍加烘烤，制成“热针”，将瓶内的泡泡和液膜层一一刺破后，重新摇动瓶子，可得到较为 满意的泡泡或液膜层。 2.4 表面张力实验。自制几种不同形状的金属丝框架，在前述截下的圆锥体上，依次装入不同形状的金
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
薄膜干涉原理
光学薄膜及其应用 目录 一、引言 二、什么是光学薄 膜？ 三、光学薄膜干涉 原理 四、光学薄膜的应 用 五、薄膜的制备 六、应用于望远镜 的光学薄膜分 析第三版光学薄膜干涉原理 光是一种电磁波。可以设想光源中的分子或原子被某种原因激励而振动,这种振动导致分子或原子中的电磁场发生电磁振动。可以证明,电场强度与磁场强度两者有单一的对应关系,同时在大多光学现象中电场强度起主导作用,所以我们通常将电场振动称为光振动,这种振动沿空间方向传播出去就形成了电磁波。 电磁波的波长λ、频率f、传播速度v三者之间的关系为: v=λ?f 各种频率的电磁波在真空中的速度都是一样的,即3.0E+8m/s,常用C 表示。但是在不同介质中,传播速率是不一样的。假设某种频率的电磁波在某一介质中的传播速度为v,则C与v的比值称为这种介质对这种频率电磁波的折射率。频率不同的电磁波,它们的波长也不同。波长在 400~760nm这样一段电磁波能引起人们的视觉,称为可见光。普通光源如太阳、白炽灯等内部大量振动中的分子或原子彼此独立,各自有自己的振动方向、振幅及发光的起始时间。每个原子每一次振动所发出的光波只有短短的一列,持续时间约为1.0E-8秒。我们通常观察到的光都是光源内大量分子或原子振动辐射出来的结果,而观察不到其作为一种波动在传播过程中所能表现出来的特征———干涉、衍射和偏振等现象。这是因为实现光的干涉是需要条件的,即只有频率相同、相位差恒定、振动方向一致的两列光波才是相干光波,这样的两列波辐射到同一点上,彼此叠加,产生稳定的干涉抵消(产生暗影)或者干涉加强(产生比两束光能简单相加更强的光斑)图像,才是我们观察到的光的干涉现象。
《薄膜干涉》进阶练习(二)
《薄膜干涉》进阶练习 一、选择题 1．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．点燃酒精灯并在灯芯上洒些盐，竖立着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．下面说法正确的是（） A．火焰的像在肥皂液薄膜上 B．若要观察到图中的干涉图样，人应位于金属丝圈的前面与酒精灯同侧 C．观察的干涉图样的颜色应是白色的 D．由于重力作用，使肥皂液薄膜上薄下厚，相当于三棱镜，所以这一现象实际上是光的色散 2．如图所示，用干涉的办法比较放置在水平面上的加工工件和标准件的高度（工件和标准件上表面均平整，都能反射光线）．在两者上方盖上平板玻璃，玻璃离开地面一定距离．则当光垂直入射后，从上向下看，下列说法正确的是（） A．若工件高度略小于标准件高度，可看到干涉条纹 B．若工件高度略大于标准件高度，可看到干涉条纹 C．若工件高度等于标准件高度，可看到干涉条纹 D．若出现了干涉条纹，则整块平板玻璃区域都有条纹分布
3．凸透镜的弯曲表面是个球面，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，如图所示，从上往下看凸透镜，结果观察到同心的内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环．关于牛顿环，以下说法正确的是（） A．干涉条纹是凸透镜下表面和平板玻璃上表面的两列反射光叠加而成的 B．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 C．若仅增大入射光的波长，则圆环状干涉条纹的半径变大 D．若仅增大凸透镜的半径，则圆环状干涉条纹变的密集 二、非选择题 4．如图所示，为黄光、蓝光分别通过同一干涉装置形成的干涉条纹中心部分．则图甲为______产生的干涉条纹（选填“黄光”或“蓝光”）．若将两种颜色的光以同样的入射角入射到两种物质的介面上，图甲对应的色光发生了全反射，则图乙对应的色光______（选填“一定”、“可能”或“不可能”）发生全反射． 5．（单选）图示中用刀片在涂有墨汁的玻璃片上划出有很小间隙的双缝． （1）双缝的作用是当激光照射它时 （A）在双缝处形成明暗相间等间距的条纹 （B）形成相干光并在光屏上出现中间宽两边窄的条纹 （C）形成两束增强的光并进行叠加形成明暗相间的条纹
薄膜物理学实验报告薄膜干涉实验报告
薄膜物理学实验报告薄膜干涉实验报告 薄膜物理学实验报告| | 薄膜干涉实验报告 实验1、旋涂法制备薄膜1、实验原理旋涂法利用仪器高速旋转时产生的离心力使基片上的胶液由中心向4 周均匀分散而构成致密薄膜。实验用到的原料需要提早制备且1 般为溶液，实验上常见的是使用溶胶-凝胶法作为薄膜材料的之辈手段，本次实验是使用现成的或制备较为简单的溶液。 2、材料准备（1）实验原料：面粉、鸡蛋清、3 级水（2）溶液制备称取适当的面粉放置烧杯中，加入50mL3 级水，搅拌均匀，得到面粉胶体溶液；在烧杯中加入适当的鸡蛋清，加入适当3 级水，搅拌均匀，得到鸡蛋清胶体溶液。 3、实验进程（1）用玻璃棒沾取胶体溶液涂覆于载玻片上；（2）开启真空泵，将载玻片牢牢吸附于匀胶机的样品台上，盖上保护盖；（3）根据所用溶液的黏稠度、附着性选择转速和旋转时间，启动匀胶机；（4）关闭真空泵，用镊子将载玻片取出，避免到显微镜下视察成膜情况。 4、注意事项在匀胶机运行进程中不宜开启保护盖，溶液应当屡次涂覆以保证成膜的质量。 实验2、提拉法制备薄膜1、实验原理浸渍提拉法是将全部洗净的基板浸入预先制备好的溶胶当中，然后以精准控制的均匀速度将基板安稳地从溶胶中提拉出来，在粘度和重力作用下基板表面构成1 层均匀的液膜，紧接着溶剂迅速蒸发，因而附着在基板表面的溶胶迅
速凝胶化构成1 层凝胶膜。 2、材料准备（1）实验原料：面粉、鸡蛋清、3 级水（2）溶液制备称取适当的面粉放置烧杯中，加入50mL3 级水，搅拌均匀，得到面粉胶体溶液；在烧杯中加入适当的鸡蛋清，加入适当3 级水，搅拌 均匀，得到鸡蛋清胶体溶液。 3、实验进程将配置好的面粉清导入小烧杯；打开镀膜提拉电机源，取1 块干净的载玻片用夹具夹住其1/3 处；设置提拉机参数，提拉速度设置为20mm/min，提拉高度60mm，浸渍速度为20mm/min,浸渍时间30s 镀膜次数设置为4 次，镀膜间隔30s，点击“开始”按钮，开始镀膜；镀膜完成后取下载玻片，放到显微镜下视察。将面粉清换成液体胶，重复上述进程，取得液体胶薄膜。 最后将旋涂法及提拉法取得的薄膜基片放到烘箱60℃烘干1 个小时取出，得到薄膜样品。 实验3、层层自组装法制备薄膜1、实验原理层层自组装是利用逐层交替沉积的方法，借助各层份子间的弱相互作用（如静电引力、氢键、配位键等），使层与层自发地缔和构成结构完全、性能稳定、具有某种特定功能的份子聚集体或超份子结构的进程。 2、材料准备（1）实验原料：VB2、胶水、3 级水（2）实验仪器：傅里叶红外光谱仪、载玻片、烘干机、烧杯、玻璃棒（3）VB2 加入适当3 级水调制成VB2 溶液；胶水加入适当3 级水制成胶体溶液。
薄膜干涉
薄膜干涉 如左图：（黑色）光线从光疏介质n 1入射光密介质薄膜n 2，现在讨论光 线1和光线2的光程差？ 先讨论光线1和光线2的几何路程差 AD BC AB -+='δ 光程差则为2)(12λ δ±-+=AD n BC AB n 为什么多了个“2λ±” ？ λ/2表示的是半波损失，反射光有半波损 失，投射光没有半波损失。入射光线在薄膜上表层发生A 点反射的时候是有半波损失的，而光线AB 在介质n2的B 点反射是没有半波损失的，这是因为n2>n1，不满足发生半波损失的条件。 2)sin (22 )sin (cos 2sin sin 2 )sin sin (cos 2sin 2sin cos 2)(222222211212λδλδλδλδ+ -=+-==+-=∴====+ -+=i n n e r n n r e r n i n i r n n r e i etg i AC AD r e BC AB AD n BC AB n 有：由折射定律 注意：λ/2是有前提的，它取决与n2和n1谁大谁小 2)sin (2222λ δ+-=i n n e 满足下列条件时： ?? ???=+===减弱、、）（加强、、 321212321k k k k λδλδ 注意第一个条件中k 的取值范围：当k=0时：δ=0，但2)sin (2222λ δ+-=r n n e 中是不可能有一项值为负的 讨论：1、当e 、n1、n2、λ值一定时，光程差取决与入射角，换句话讲就是 相同的光程差对应相同的入射角，也即光程差相同时将构成同一条纹，这种 干涉称为 等倾干涉。 2、透射光干涉：在薄膜干涉中不仅存在反射干涉，实际还存在透射干涉， n2>n1，如左图中光线3、4： 透射是没有半波损失的)sin (2222i n n e -=δ，同样有 干涉加强和减弱的条件： ?? ???=+===减弱、、）（加强、、 321212321k k k k λδλδ反射光的干涉与透射光的干涉是互补的，也即是说反射光干涉加强的话透射光干涉一定减弱，因为它们正好差λ/2。
薄膜干涉的仿真
光学仿真课程设计报告 学院名称：电子工程学院 专业名称：电子科学与技术 指导教师：刘娟 学生姓名： xx 班级：科技1001 学号：051020xx（xx） 时间：2012年11月19日——2012年11月30日
课程设计名称：薄膜干涉的仿真 一、课程设计目的： 1．掌握单层光学薄膜的反射特性； 2．掌握光学薄膜的作用及增透增反的概念。 二、任务与要求： 对单层膜反射系数、反射率及相位因子进行计算，其中玻璃基片n=1.5，薄膜折射率依次取1.0、1.2、1.4、1.5、1.7、2.0、3.0，绘出反射率随薄膜厚度，入射角及波长的变化曲线。总结薄膜反射的特点。 三、课程设计原理： 在玻璃基片的光滑表面上镀一层折射率和厚度都均匀的 透明介质薄膜，当光束入射到薄膜上时，将在膜内产生多 次反射，并且在薄膜的两表面上有一系列的互相平行的光 束射出。 假设薄膜的厚度为h，折射率喂n1，基片折射率为n2，光 由折射率喂n0的介质入射到薄膜上，采用类似于平行平 板多光束干涉的处理方法，可以得到单层膜的反射系数 为：r=Eor/Eoi=|r|e iφr。式中r1是薄膜上表面的反射系 数，r2是薄膜下表面的反射系数，φ是相邻两个出射光束 间的相位差，且有：φ=4π*n1*h*cosθ1/λ。 当光束正入射到薄膜上的时候，薄膜两表面的反射系数分 别为： r1=(n0-n1)/(n0+n1); r2=(n1-n2)/(n1+n2) 最后我们可以得到正入射时单层膜的反射率公式： R=[(n0-n2)2*cos2(φ/2)+(n0*n2/n1-n1)2sin2(φ/2)]/ [(n0+n2)2*cos2(φ/2)+(n0*n2/n1+n1)2sin2(φ/2)]。 对于一定的基片和介质膜，n0、n2为常数，可由上式得到 R随φ即随n1*h的变化规律。实验仿真中的图给出了 n0=1，n2=1.5，对给定波长λ0和不同折射率的介质膜，按 照上式计算出的单层膜反射率R随膜层光学厚度n1*h的 变化曲线。由此曲线可如下结论： ①n1=n0或n1=n2时，R和未镀膜时的反射率R0一样。
薄膜干涉习题word版本
薄膜干涉习题
1. 在照相机镜头的玻璃片上均匀镀有一层折射率n 小于玻璃的介质薄膜，以增 强某一波长λ 的透射光能量。假设光线垂直入射，则介质膜的最小厚度应为： 【 】 (A)/n λ (B)/2n λ (C)/3n λ (D)/4n λ 2. 如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面 反射的两束光发生干涉，若薄膜厚度为e ，而且 123n n n <>，λ1为入射光在折射率为n 1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的位相差为：【 】 (A) 2112/()n e n πλ； (B) 1114/()n e n πλπ+； (C) 214/()n e n πλπ+； (D) 2114/()n e n πλ 3. 在空气中有一劈尖形透明物，其劈尖角rad 100.14-?=θ，在波长700=λnm 的单色光垂直照射下，测得干涉相邻明条纹间距l=0.25cm ，此透明材料的折射 率为 。 4. 波长λ = 600 nm 的单色光垂直照射到牛顿环的装置上，第二级明纹与第五级 明纹所对应的空气膜厚度之差为 nm 。 5. 波长为500nm 的单色光垂直照射到由两块光学平玻璃构成的空气劈尖上，在 观察反射光的干涉现象中，距劈尖棱边 l = 1.56cm 的A 处是从棱边算起的第四 条暗条纹中心。 (1) 求此空气劈尖的劈尖角θ 。 (2) 改用600 nm 的单色光垂直照射到此劈尖上仍观察反射光的干涉条纹，A 处是明条纹，还是暗条纹？ 6. 一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，油膜覆盖在玻璃板上．油 的折射率为1.30，玻璃的折射率为1.50，若单色光的波长可由光源连续可调， 可观察到5000 o A 与7000 o A 这两个波长的单色光在反射中消失．试求油膜层的 厚度． 2 题.图
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
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
薄膜干涉实验的计算机模拟分析
目录 1 绪论 (1) 2 薄膜干涉的相关介绍 (2) 2.1薄膜干涉的理论基础 (2) 2.1.1 薄膜干涉公式推导 (2) 2.1.2 薄膜干涉的附加光程差和条纹特点 (4) 2.1.3 薄膜干涉中的半波损失与薄膜厚度 (6) 2.2 薄膜干涉实验种类 (8) 2.2.1 劈尖干涉 (8) 2.2.2 牛顿环干涉 (9) 2.2.3 迈克尔逊干涉 (9) 3 薄膜干涉实验的计算机模拟与分析 (10) 3.1 劈尖干涉实验的模拟与分析 (11) 3.2 牛顿环实验的模拟与分析 (14) 3.3 迈克尔逊干涉实验的模拟与分析 (16) 3.4 薄膜干涉实验仿真结果对比分析 (18) 结论 (20) 参考文献 (21) 致谢 (22) 附录Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ (23)
1 绪论 近几十年来，现代光学的最重要的进展之一就是光学信息处理与数字光计算的飞速发展。光学信息处理是以傅里叶分析方法为核心，研究光学成像和光学变换的理论与技术。它以光子传递信息，利用光学或者光电子器件进行操作运算，用光的折射、干涉和衍射等特性来实现对输入信息的各种变换与处理。光学信息处理的历史可以追溯到1873年阿贝提出的二次成像理论。傅里叶光学的核心是基于标量衍射理论的菲涅尔衍射和夫琅和费衍射、透镜成像性质以及利用傅里叶变换分析光学成像系统等[1]。这些处理过程通常都需要在光学暗室中进行，而且很容易受到外界环境的影响。 在计算机高速发展的今天，计算机仿真作为虚拟实验手段已经得到了长足的发展。其具有良好的可控性(参数可以根据需要调整)、无破坏性(不会导致器件的损坏)、可重复性(受一些随机因素影响较小)、易观察性(不至于稍纵即逝)和经济性(不需要贵重仪器)。所以利用仿真结果指导实验，可以减少或者避免仪器不必要的损伤。国外的光学信息处理仿真是在模拟设计和优化光学系统的基础上发展起来的。最有代表性的是美国劳伦斯利弗莫尔实验室的Prop92和法国的光学传输软件Miro。俄罗斯也有一套较成熟的商业光传输软件菲涅尔。我国在这方面起步较晚，SG99刚在神光一Ⅲ上运行的可行性论证[2]。 事实上，利用MATLAB在科学计算上的优点借助计算机对真实实验的模仿，使用者可以通过计算机提示的信息直接参与模拟操作。可以与真实仪器相比较，而且比真实实验直观准确，减少仪器特别是贵重仪器的损伤率。在进行仪器设计之前，还能够对其性能作出评估以及可行性论证，节约时间和经费。长期以来，光学课程的抽象性较强，理论教学对实验的依赖性较大，给学生学习该门课程带来了诸多困难[3]。将MA TLAB这一工具引入到光学实验中，利用计算机对一些光学实验进行模拟，对计算结果可视化，化抽象思维为形象思维，从而更好地洞察含义、理解概念、发现规律。还可以在分析中改变参数值，便于理论研究，也给初学者带来方便。与传统的实验方式相辅相成，实现更好的教学效果[4]。
第五节 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 / ()2cos m AB BC AD ne i ?=+-= 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 22 Δne λ =+ 1 n n <
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。 3、干涉条纹的移动 每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动 应用：1）用劈形膜干涉测量薄片厚度 干涉条件为 (21),0,1,2 k k λ += , 1,2,k k λ= 明纹 暗纹 22 Δne λ =+ = 2λ ?= 12(1)2 k ne k λλ ++ =+22 k ne k λ λ + =1Δ2k k e e e n λ +=- = 2sin L n λ θ =2L n λ θ = tan h D θθ≈= 2D h nL λ = 2Δne == (21) ,0,1,2 k k λ += , 1,2,k k λ= 暗纹 ne = (21) ,0,1,4 k k λ += 2,1,2,4 k k λ = 暗纹 明纹 明纹
薄膜干涉实验的改进-高中物理自制教具
薄膜干涉实验的改进-高中物理自制教具 为了使学生更好的理解光的波动性，高中教材第三册安排了薄膜干涉这个节教学内容，并介绍了一种演示薄膜干涉的实验。 但按课本上介绍的薄膜干涉演示实验装置来做，虽能勉强做出，但效果不理想。主要有以下原因引起：（1）试验中用的肥皂液薄膜极易破裂，金属环在肥皂液里蘸过以后，环上形成的液膜，要等一阵，让液膜形成楔形截面才能看到干涉条纹，在这“等”的过程中，肥皂液膜因为受风吹，操作者的呼吸，酒精灯火焰的热辐射等因素的干扰，液膜蒸发快，存留时间短(几秒至十几秒钟)，往往刚出现干涉条纹，液膜随之破裂，让观察者大为扫兴，又得重新蘸肥皂液。这样来回多次，既浪费时间，又不能仔细观察；（2）放入氯化钠后的酒精灯燃烧时发出的不是单纯的黄光，所以单色光的干涉条纹不易看到；（3）干涉条纹受室内光线影响较大。 为了解决以上问题，我利用废弃材料大油壶对此实验实行改进： 改进（1）用洗洁精配置薄膜溶液 此实验配制薄膜溶液很关键，因为肥皂液薄膜极易破裂，有人在肥皂液中放入适量松香，但实验效果也不十分理想。通过实践我发现用洗洁精配置溶液后制成薄膜，效果十分好，加入少量甘油或白糖更好。配制溶液时也要大体掌握适当浓度，一般每200毫升水中滴入六滴洗洁精和一滴甘油，搅匀后就行，用此溶液制成的薄膜很耐用，甚至稍用力抖动铁丝圈薄膜也不会破裂。
改进（2）将液膜大体密封在塑料油壶中 首先制作长方形(长约20 cm，宽约16 cm)金属丝框架，留长杆部分50cm左右(接头部分最好实行焊接)，如图1所示。然后取无色透明塑料大油壶1个（长方形更好），在油壶中部挖长方形缺口（长约22 cm，宽约18 cm，且底边距壶底22 cm）在壶盖上打孔，能让长方形框架的长金属丝杆穿过。如图2所示。最后将制作的长方形金属丝框架从缺口处放入壶中，让长方形框架上的长金属丝杆从壶盖的孔里穿出，用一鳄鱼夹(或衣夹)夹住壶口外的金属丝。将配置好的溶液注入壶中，并用无色透明保鲜膜将缺口封住，若考虑保鲜膜对光线的影响可不封口，如图3所示。松开鳄鱼夹，让长方形金属丝框在洗洁精薄膜溶液里蘸一下，框架上就形成一层液膜，将液膜在壶中提升到中部缺口处，用鳄鱼夹夹住壶盖外金属丝杆，使液膜在壶中缺口处定位，稍待片刻，液膜因为重力作用，成了上薄下厚的楔形截面。 这样，因为液膜是在大体密封着的油壶中，湿度大，不易受外界环境的干扰，不易蒸发，液膜存留时间较长(可达十几分钟)，即使油壶放在太阳光下，里边液膜也不易破裂，可充分观察。 改进（3）用彩色日光灯代替酒精灯 此实验中因为放入氯化钠后的酒精灯燃烧时发出的不是单纯的黄光，往往看不到明暗相间的单色干涉条纹。我们可用彩色日光灯代替酒精灯，这样能够获得任意一种单色光，从而较好的观察薄膜干涉的单色光干涉条纹。观察完单色光干涉条纹后，可利用白色日光灯复色光源观察彩色干涉条纹，这样可起到更好的试验效果。 改进（4）将油壶中部涂黑 此实验受室内光线影响很大，当室内光线太强时，不容易观察到干涉条纹。我们可将油壶中部（除缺口外）涂黑或粘上黑纸，如图4所示，增加对比度，减少室内光线影响，这样就很容易观察到光的干涉条纹。 这样改进不但所用材料易得，制作简单，操作使用方便，可见度大，而且克服了教材实验的弊端，还可将这些演示实验变成学生实验，激发学生兴趣，培养学生动手、动脑和观察水平，教学效果令人满意。
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：