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1、普通物理学简明教程课件第1页，本讲稿共24页为此，明纹和暗纹出现的条件为：为此，明纹和暗纹出现的条件为：明纹明纹暗纹暗纹 实际应用中，通常使光线实际应用中，通常使光线 垂直入射膜面，垂直入射膜面，即即 ，光程差公式简化为：，光程差公式简化为：等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹：为因为半波损失而生产的附加光程差。：为因为半波损失而生产的附加光程差。第2页，本讲稿共24页 当当薄薄膜膜上上、下下表表面面的的反反射射光光都都存存在在或或都都不存在半波损失时，其光程差为不存在半波损失时，其光程差为:当反射光之一存在半波损失时，其光程差应当反射光之一存在半波损失时，其光程差应加上附加光程加
2、上附加光程 /2,即：即：等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹第3页，本讲稿共24页劈尖劈尖劈尖劈尖：薄膜的两个表面是平面：薄膜的两个表面是平面,其间有很小夹角。其间有很小夹角。2.2.劈尖膜劈尖膜劈尖膜劈尖膜第4页，本讲稿共24页2.1 劈尖干涉光程差的计算劈尖干涉光程差的计算=2ne nA反射光反射光2反射光反射光1入入射射光光(单单色色平平行行光光垂垂直入射直入射)e空气介质空气介质+/2当光从光疏介质入当光从光疏介质入射到光密介质的表射到光密介质的表面反射时面反射时劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜B第5页，本讲稿共24页2.2 劈尖劈尖明暗条纹的判据明暗条纹的判据 当光程差等于
3、波长的整数倍时，出现干涉加强的现象，当光程差等于波长的整数倍时，出现干涉加强的现象，形成明条纹；当光程差等于半波长的奇数倍时，出现干涉减形成明条纹；当光程差等于半波长的奇数倍时，出现干涉减弱的现象，形成暗条纹。弱的现象，形成暗条纹。明纹明纹暗纹暗纹劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第6页，本讲稿共24页2.3 劈尖干涉条纹的特征劈尖干涉条纹的特征（1）明、暗条纹处的膜厚：）明、暗条纹处的膜厚：一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第7页，本讲稿共24页2.3 劈尖干涉条纹的特征劈尖干涉条纹的特征（2 2）相邻明纹（或暗纹）所对应的
4、薄膜厚度之差）相邻明纹（或暗纹）所对应的薄膜厚度之差 e=ek+1-ek =(2k+1)/4n-(2k-1)/4n =/2n 相邻明纹（或暗纹）相邻明纹（或暗纹）所对应的薄膜厚度之差所对应的薄膜厚度之差相同。相同。e ke ek+1k+1 e 明纹明纹暗纹暗纹劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第8页，本讲稿共24页2.3 劈尖干涉条纹的特征劈尖干涉条纹的特征（3）两相邻明纹（或暗纹）的间距）两相邻明纹（或暗纹）的间距结论结论：a.a.条纹等间距分布条纹等间距分布 b.b.夹夹角角 越越小小，条条纹纹越越疏疏；反反之之则则密密。如如 过过大大，条条纹纹将将密集到难以分辨，就观察不到干涉条纹了。密集到难
5、以分辨，就观察不到干涉条纹了。L=e/sin e/（2n）L e明纹明纹暗纹暗纹L e 劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第9页，本讲稿共24页2.3 劈尖干涉条纹的特征劈尖干涉条纹的特征 劈劈尖尖干干涉涉条条纹纹是是一一系系列列明明暗暗相相间间的的、等等间间距距分布的、平行于棱边的平直条纹。分布的、平行于棱边的平直条纹。劈尖干涉条纹劈尖干涉条纹劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第10页，本讲稿共24页 例例1 1 在半导体元件生产中，为了测定硅片上在半导体元件生产中，为了测定硅片上SiOSiO2 2薄膜的薄膜的厚度，将该膜的一端腐蚀成劈尖状，已知厚度，将该膜的一端腐蚀成劈尖状，已知SiOSiO2 2 的
6、折射率的折射率n n=1.46=1.46，用波长，用波长 =5893=5893埃的钠光照射后，观察到劈尖上埃的钠光照射后，观察到劈尖上出现出现9 9条暗纹，且第条暗纹，且第9 9条在劈尖斜坡上端点条在劈尖斜坡上端点M M处，处，SiSi的折射的折射率为率为3.423.42。试求。试求SiOSiO2 2薄膜的厚度。薄膜的厚度。SiSiO2OM解：由解：由暗纹暗纹条件条件 e=(2k+1)/4n=2ne =(2k+1）/2 (k=0,1,2)知知,第第9 9条暗纹对应于条暗纹对应于k k=8,=8,代入上式得代入上式得=1.72(m)所以所以SiOSiO2 2薄膜的厚度为薄膜的厚度为1.72 1.
7、72 m m。劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第11页，本讲稿共24页例例2 2 为了测量金属细丝的直径，把金属丝夹在两块平玻璃之为了测量金属细丝的直径，把金属丝夹在两块平玻璃之间，形成劈尖，如图所示，如用单色光垂直照射间，形成劈尖，如图所示，如用单色光垂直照射 ，就得到等，就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹的间距，就可以算出金属丝的直厚干涉条纹。测出干涉条纹的间距，就可以算出金属丝的直径。某次的测量结果为：单色光的波长径。某次的测量结果为：单色光的波长 =589.3nm=589.3nm金属丝金属丝与劈间顶点间的距离与劈间顶点间的距离L L=28.880mm=28.880mm，3030条明纹间得距离
8、条明纹间得距离为为4.295mm,4.295mm,求金属丝的直径求金属丝的直径D D？LD劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第12页，本讲稿共24页解解 相邻两条明纹间的间距相邻两条明纹间的间距 其间空气层的厚度相差为其间空气层的厚度相差为/2于是于是其中其中 为劈间尖的交角，因为为劈间尖的交角，因为 很小，很小，所以所以 代入数据得代入数据得 劈劈劈劈 尖尖尖尖 膜膜膜膜第13页，本讲稿共24页.S分束镜分束镜M显微镜显微镜o 牛顿环牛顿环装置简图装置简图平凸透镜平凸透镜平晶平晶 牛牛顿顿环环：一一束束单单色色平平行行光光垂垂直直照照射射到到此此装装置置上上时，所呈现的等厚时，所呈现的等厚条纹是一
9、组以接触点条纹是一组以接触点O O为为中心的同心圆环。中心的同心圆环。牛顿环光程差的计算牛顿环光程差的计算牛顿环牛顿环干涉条纹的特征干涉条纹的特征牛顿环牛顿环的应用的应用 3.3.牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环 3.1 牛顿环实验装置及光路牛顿环实验装置及光路第14页，本讲稿共24页3.2 反射光光程差的计算反射光光程差的计算 =2=2e e+/2 /2 eA牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环12第15页，本讲稿共24页3.3 牛顿环干涉条纹的特征牛顿环干涉条纹的特征(1)明暗条纹的判据明暗条纹的判据rRe0由几何关系可知由几何关系可知（R e)2+r2=R2R2-2Re+e2+r2=R2e=r2/2R牛顿环
10、牛顿环牛顿环牛顿环第16页，本讲稿共24页3.3 牛顿环干涉条纹的特征牛顿环干涉条纹的特征k=0，r=0 中心是暗斑中心是暗斑牛顿环牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环第17页，本讲稿共24页3.3 牛顿环干涉条纹的特征牛顿环干涉条纹的特征(2)相邻暗环的间距相邻暗环的间距内疏外密内疏外密牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环第18页，本讲稿共24页3.3 牛顿环干涉条纹的特征牛顿环干涉条纹的特征 牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。圆环。牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环第19页，本讲稿共24
11、页4.4.劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用4.1 依据：依据：测表面不平度测表面不平度 测波长：已知测波长：已知、n，测，测L可得可得 测折射率：已知测折射率：已知、，测测L可得可得n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h h待待测测块块规规标标准准块块规规平晶平晶等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶劈尖应用劈尖应用劈尖应用劈尖应用4.2 应用：应用：第20页，本讲稿共24页 5.1 5.1 依据：依据：公式公式 测透镜球面的半径测透镜球面的半径R：已知已知,测测 m、rk+m、rk，可得可得R。测波长测波长：已知已知R，测出测出m、rk+m、rk
12、，可得可得。检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 5.5.牛顿环的应用牛顿环的应用牛顿环的应用牛顿环的应用5.2 5.2 应用：应用：第21页，本讲稿共24页例例3 利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工 件表件表面存在的极小的加工纹路，面存在的极小的加工纹路，在经过精密加工的工件在经过精密加工的工件表面上放一光学平面玻璃，使其间形成空气劈形膜，表面上放一光学平面玻璃，使其间形成空气劈形膜，用单色光照射玻璃表面，并在显微镜下观察到干涉用单色光照射玻璃表面，并在显微镜下观察到干涉条纹，条纹，ab hba hek-1ek如图
13、所示，试根据干涉条纹如图所示，试根据干涉条纹的弯曲方向，判断工件表面的弯曲方向，判断工件表面是凹的还是凸的；并证明凹是凹的还是凸的；并证明凹凸深度可用下式求得凸深度可用下式求得：等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹第22页，本讲稿共24页解解:如果工件表面是精确的平面如果工件表面是精确的平面,等厚干涉条纹应该是等等厚干涉条纹应该是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条纹弯向空气膜距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条纹弯向空气膜的左端。因此，可判断工件表面是下凹的，如图所示。的左端。因此，可判断工件表面是下凹的，如图所示。由图中相似直角三角形可由图中相似直角三角形可:所以所以:ab hba hek-1ek等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹第23页，本讲稿共24页解：解：如果工件表面是精确的平面，等厚干涉条纹应该如果工件表面是精确的平面，等厚干涉条纹应该是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条纹弯向是等距离的平行直条纹，现在观察到的干涉条纹弯向空气膜的左端。因此，可判断工件表面是下凹的，如空气膜的左端。因此，可判断工件表面是下凹的，如图所示。由图中相似直角三角形可图所示。由图中相似直角三角形可:所以所以:ab hba hek-1ek等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹等厚干涉条纹第24页，本讲稿共24页