薄膜干涉

Question

薄膜干涉如果被测表面是平的，产生的干涉条纹就是一组平行的直线；如果被测表面某些地方不平，产生的干涉条纹就要发生弯曲为什么

Answer 1

薄膜干涉把金属丝圆环在肥皂液里蘸一下，环上就形成一层肥皂液薄膜．用单色光照射薄膜，薄膜上就产生明暗相间的干涉条纹（图6-4）．产生这种现象是由于照射到膜上的光会从膜的前表面和后表面分别反射回来，形成两列波（分别如图中的实线和虚线所示），这两列波是由同一入射波产生的，因此频率相同，相差恒定，能够产生干涉．竖立的肥皂薄膜在重力作用下成为上薄下厚的楔形，在薄膜的某些地方，反射回来的两列波恰好波峰和波峰（或者波谷和波谷）叠加，光振动加强，产生亮条纹；在另外一些地方，恰好波峰和波谷叠加，光振动削弱，产生暗条纹．这就是薄膜干涉的原因．肥皂泡在太阳光照耀下会出现彩色的条纹，也是由薄膜干涉产生的．白光中每种色光的波长不同，所以在薄膜某一厚度的地方，某一波长的反射光互相加强，就出现这种色光的亮纹；在另一厚度的地方，另一波长的反射光互相加强，就出现另一色光的亮纹．这样，在薄膜上就出现了不同颜色的条纹．检查精密零件的表面质量各种精密零件，例如光学元件，对表面加工的质量要求很高，一般精度要求在几分之一光波波长之内．这样的表面需要用干涉法来检验．如果被检查的表面是一个平面，可以在它的上面放一个透明的标准样板，并在一端垫一薄片，使样板的标准平面和被检查的平面间形成一个劈形的空气薄层（图6-5甲）．用单色光从上面照射，入射光从空气层的上下表面反射出两列光波，于是从反射光中就会看到干涉条纹．如果被测表面是平的，产生的干涉条纹就是一组平行的直线；如果被测表面某些地方不平，产生的干涉条纹就要发生弯曲（图6-5乙）．从干涉条纹弯曲的方向和程度还可以了解被测表面的不平情况．这种测量的精度可达10-6厘米．

增透膜现代光学装置，如摄影机、电影放映机、潜水艇的潜望镜等，都是由许多透镜和棱镜组成的．光进入这些装置时，在每个镜面上都有一部分光被反射，使得通过装置的光减少，结果成的像就不清晰．计算表明，如果一个装置中包含有六个透镜，那么将有50%左右的光被反射．为了减少光在元件表面上的反射损失，提高成像的质量，可在元件表面涂上一层透明薄膜（一般用氟化镁）．当薄膜厚度是入射光在薄膜介质中波长的 时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消，这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度．这种薄膜叫做增透膜．在通常情况下入射光为白光，增透膜的厚度只能使一定波长的光反射时互相抵消，不可能使白光中的所有波长的光都互相抵消．在选择增透膜的厚度时，一般是使光谱中部的绿光在垂直入射时互相抵消，因为人的视觉对这种光最敏感．这时光谱边缘部分的红光和紫光并没有完全抵消，所以涂有增透膜的光学镜头呈淡紫色
首先这个检测方法是应用的薄膜（劈尖）发生等厚干涉原理，你懂的吧？首先物理原理你先懂了我才能用数学方法给你讲啊！
由于这个劈尖的顶角很小，因此可认为平行光线垂直射向上面和下面。
发生干涉的光线是在上表面反射的光和在上表面经折射后在下表面反射回的光线
由于顶角很小，折射几乎不改变方向，可认为光直线射下
于是光程差等于入射点处的劈尖厚度的两倍（高考不考虑半波损失，竞赛要考虑，但这会时得出的结论相反，就是该暗的的地方亮，该亮的地方暗，不改变条纹形状）
就是光程差δ＝2d，δ为介质中半波长的偶数倍处为亮纹，奇数倍处为暗纹。
可见，这里的干涉特点是：干涉条纹分布只与介质厚度有关，同一个厚度对应同一级条纹，因此称为等厚干涉。
就是干涉条纹应该是介质厚度相等的点的轨迹，当平面平整时，厚度均匀变化，条纹为直线。当下面被测面有一凹的话，条纹是等厚的点的轨迹，凹就是厚度增加，于是这里的厚度等于比此处远离劈棱处（厚度为0的地方）的地方的厚度，远离劈棱的地方的轨迹偏到这里来，总体情况就是：条纹向劈棱方向偏。
若有一凸也就知道了吧，向远离劈棱的方向偏。
重点抓住：等厚干涉，同一个厚度对应同一级条纹。

Answer 2

由薄膜产生的干涉。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。
薄膜干涉中两相干光的光程差公式为
式中n为薄膜的折射率；t为入射点的薄膜厚度；θt为薄膜内的折射角；±λ／2
是由于两束相干光在性质不同的两个界面（一个是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差。薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。
等倾干涉和等厚干涉是薄膜干涉的两种典型形式。
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．比较简单的簿膜干涉有两种，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．
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．

Answer 3