第3节 薄膜等倾干涉
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第四十二讲: §10.3.3 薄膜的等倾干涉一、等倾干涉:相同的入射角i ,对应相同的条纹;对于不同的入射倾角,则对应不同的条纹。
即干涉条纹的干涉级决定于入射光的入射角的干涉。
入射角越小,光程差越大,条纹越靠近中心。
二、光程差:三、明暗纹的条件:四、薄膜的等倾干涉与等厚干涉的相同点与不同点1、相同点:都是干涉现象。
2、不同点: 相同的薄膜厚度,对应相同的条纹。
劈尖干涉、牛顿环其实就是等厚干涉。
①、当膜厚增加时,圆形干涉条纹向外扩展。
②、当膜厚减小时,圆形干涉条纹向里收缩。
盯住某条明纹,δ不变,e 减小,减小,条纹向里收缩。
2sin 222122λδ+-=i n n e3,2,1,0,2sin 222122==+-=k k i n n e λλδ§10.3.4 迈克尔孙干涉仪一、装置示意图二、公式:若条纹为等厚条纹,M 1平移d 时,干涉条移过N 条,则有:习题一: 若在迈克耳孙干涉仪的可动反射镜M 移动0.620 mm 过程中,观察到干涉条纹移动了2300条,则所用光波的波长为__________nm .2λN d = ⇒ nm N d1.539102300620.0226=⨯⨯==λ2λ⋅=N d习题二:用迈克耳孙干涉仪测微小的位移.若入射光波波长λ=628.9 nm ,当动臂反射镜移动时,干涉条纹移动了2048条,反射镜移动的距离d =________.mm N d 644.01029.628204826-=⨯⨯==λ习题三:已知在迈克耳孙干涉仪中使用波长为λ的单色光.在干涉仪的可动反射镜移动距离d 的过程中,干涉条纹将移动___________条.2λN d = ⇒ λdN 2=习题四:在迈克耳孙干涉仪的一条光路中,插入一块折射率为n ,厚度为d 的透明薄片.插入这块薄片使这条光路的光程改变了_______________.()[]d n r r r dn d r )1(2)()(2121212-=---+-=∆-∆=δ小结:薄膜干涉,迈克耳孙干涉仪。
二级物理实验【1】、薄膜干涉中等倾干涉的特点和性质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,这种干涉称作等倾干涉.等倾干涉一般采用扩展光源,并通过透镜观察.I 2nE IS W在所有的反射光和透射光中,相互平行的光将汇聚在无穷远处,则它们的干涉也将在无穷远处发生。
射频技术在通信电子行业的应用通信电子行业是当今科技行业的热点之一,各种基于射频技术的设备和系统得到了广泛应用,包括无线电通信、广播电视、雷达、卫星通信和导航等领域。
其中,射频技术作为通信电子行业中不可或缺的一个部分,发挥着至关重要的作用。
本文将从射频技术的概念、应用、发展趋势等角度,对其在通信电子行业中的应用进行分析。
一、射频技术的概念射频技术(Radio Frequency Technology,简称RF技术)是利用无线电波在空间中传输信息的技术。
射频波的频率范围在3kHz~300GHz之间,可以被人类或动物的耳朵听到或者看到。
通俗地说,RF技术就是在无线电波的传输中,对电气信号进行调制、解调、信号处理和放大等技术处理的综合体。
同时,射频技术也是电子技术中一种高频技术,主要应用于通信、测量、探测、电子干扰等领域。
二、射频技术在通信电子行业中的应用1. 无线通信射频技术在无线通信技术中扮演着重要的角色。
从最早的移动电话到如今的智能手机,无线通信设备越来越小、功能越来越强大,而射频技术的发展也在不断地满足着这一需求。
射频技术在无线通信中的应用包含很多方面,例如:手机、蓝牙、WLAN、GPS、NF等都是射频技术在无线通信领域的代表应用。
2. 广播电视广播电视是人们最常使用的媒体,也是射频技术应用中一个重要领域。
射频技术在广播电视中的应用包括:调频广播、电视信号发送、卫星信号接收等。
其中,无线电视信号的传输,一般采用数字方式,即通过调制、多路化、遥测等技术,提高传输质量和效率。
3. 雷达雷达是一种电磁波传感器,主要用于检测、跟踪和识别远离发射源的物体。
射频技术在雷达中的应用,包括信号发射、接收、处理和放大等多个环节。
雷达技术的发展也成为了现代战争和民用领域中的关键技术之一。
4. 卫星通信卫星通信是一种可以覆盖全球范围的通信方式。
射频技术在卫星通信中的应用,主要是卫星的信号接收和转发。
将地面上发射的信号通过卫星传送到另一个地方,可以使通信质量得到明显提高。
第 3 节薄膜等倾干涉
一、等倾干涉原理和光程差 1、光波经薄膜层的反射和透射 设:入射光振幅:
振幅反射比: 上外表面: 上内表面: 下内表面: 下外表面:
振幅透射比: 上表面外向内: 上表面内向外: 下表面内向外: 下表面外向内:
则: 反射光振幅:
透射光振幅:
若
,则:
由斯托克斯倒易关系 反射光振幅:
,可得:
透射光振幅:
若 r 较小,则多次反射可忽略,可按双光束干涉处理薄膜干涉问题。
并且两束反射光 强度近似相等干涉图样衬比度近似等于 1,两透射光强度相差较大,干涉图样衬比度小于 1。
若 r 较大,则相邻反射或般射光束振幅相差不大,各光束对叠加的贡献不可忽略,变 为不等强度的多光束干涉。
2、光程差与总相位差 (1)几何光程差 由两束反射或透射光波的传播路径不同引起的光程差:
反射光:设 为同一波前上的等相位面。
研究在 C 点直接反射的光线和经历
透射出的光线的几何光程差:
由折射定律: 则:
透射光:设 为同一波前上的等相位面。
研究在 点直接透射的光线和
透射出的光线的几何光程差:
(2)附加光程差 考虑到半波损失,即当光由光疏介质掠射或垂直入射光密介质并发生反射时,振动
相位会在界面处发生 的突变,即光程附加半个波长。
则:
附加光程
直接反射
+0
+
反射光
二次反射
+0
+
+
+0
+0
+
光程差
+0
+0
-
+
直接透射
+0
+0
透射光
二次透射
+
+
+0
+0
+0
+
光程差
+
+
+0
+0
所以,不管三种折射率的关系如何,反射光的干涉图样与透射光的干涉图样总是互 补的,其中一种满足干涉相长时,另一种一定干涉相消。
(3)总相位差 ①反射光: 总光程差:
总相位差:
②透射光: 总光程差:
总相位差:
3、干涉条件 (1)反射光: ①当 相长条件:
相消条件: ②当 相长条件:
相消条件: (2)透射光 ①当 相长条件:
相消条件: ② 相长条件: 相消条件:
时 时
时 时
3、垂直入射: ,
相当于角度不变,对厚度提要求。
(1)反射光:
①
时
相长条件:
相消条件:
②当
时
相长条件:
相消条件:
(2)透射光
①当
时
相长条件:
相消条件:
②当
时
相长条件:
相消条件:
由此可得到增透膜和增反膜的厚度条件:
①当
时
当膜的厚度为四分之一膜中波长的奇数倍时:反射相长,透射相消,为增反膜。
当膜的厚度为四分之一膜中波长的偶数倍时:反射相消,透射相长,为增透膜。
②当
时
当膜的厚度为四分之一膜中波长的奇数倍时:反射相消,透射相长,为增透膜。
当膜的厚度为四分之一膜中波长的偶数倍时:反射相长,透射相消,为增反膜。
记忆:厚度是四分之一膜中波长的若干倍
情况①:膜的折射率最大或最小(如:玻璃中的空气夹层) 偶数倍:增透;奇数倍:增反。
情况②:膜的折射率处于中间(如:玻璃贴膜) 刚好相反。
二、等倾干涉实验和干涉图样 0、干涉条件
薄膜参
及入射光波长
保持不变,由之前的结论可知:总光程差或
总相位差公与光束入射角的不同而变化。
实验原理如图。
1、干涉图样的特征
(1)干涉条纹的形状 干涉条纹的本质是具有相同入射角的光线与薄膜表面交点的轨迹。
点光源垂直照明,干涉图样是同心圆环条纹。
扩展光源垂直照明,相当于无限多个点光源产生的位置重合的同心圆环的强度和, 干涉图样仍为同心圆环,只是强度增大了。
观察屏
观察屏
透镜
半
反
S
射
镜
薄膜
透 镜
S S1 2
扩展光源
半 反 射 镜
薄膜
(a) 单色点光源照明
(b) 等倾干涉图样(仿真)
(c) 单色扩展光源照明
图3.4-3 等顷干涉的特点
(2)干涉条纹形成的位置 点光源照明:光波重叠区域内的任意平面上。
扩展光源照明:无限远处或透镜像方焦平面上。
(3)条纹极次、间距
研究反射光,并设:
亮纹条件:
暗纹条件: 这是在膜厚度不变的情况下对角度提要求。
相邻亮条纹(或相邻暗条纹)间距: 当入射角很小时:
即:
所以,等倾干涉条纹为一组中心疏、边缘密的不等间距的同心圆环。
其干涉次级为 内高外低,且中心级次最高。
薄膜厚度越大,中心条纹级次越大。
由亮纹条件可知:中心条 纹级次改变 时,相应的薄膜厚度变化为:
当膜的折射率最大或最小时,明暗条纹的分布情况刚好相反。
记忆: 若膜的折射率处于中间,则:中心为亮条纹。
若膜的折射率最大或最小,则:中心为暗条纹。
2、干涉图样随薄膜厚度变化的规律 若薄膜厚度变化,干涉图样会发生移动。
设:当薄膜厚度为 h 时,折射角 对应着第 N 级明条纹,则有:
现在让薄膜变厚,则等号右侧变小,等式不再成立,即此位置(此角度)不再是第 N 级明条纹。
若使等号成立,等号左侧也需就小,即折射角 增大。
第 N 级明条纹处外移动。
这说明,当薄膜厚度增大时,干涉图样的同心圆环将向外移动,即向外吐圆环。
同理,当薄膜厚度减小时,圆环将向内移动,即向内吞条纹。
。