2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動性 一、光的干涉(備課資料).doc

備課資料一、鍍膜光學元件在比較復雜的光學系統(tǒng)中光能的反射損失是嚴重的，對于一個六個透鏡組成的光學系統(tǒng)，光能的反射損失約占一半左右.現(xiàn)代的一些復雜的光學系統(tǒng)（有的包括十幾個透鏡），光能的損失就更為嚴重.此外，光在透鏡表面上的反射還會造成雜散光，嚴重影響光學系統(tǒng)的成像質量.在光學系統(tǒng)中，為了減少光學元件（透鏡、棱鏡等）表面上的反射損失，可以利用薄膜干涉相消來減少反射光.照相機、攝像機的鏡頭以及測距儀、潛望鏡上的光學元件的表面為了減少反射損失，都鍍上了介質薄膜.介質薄膜要透明，它的折射率要選擇適當，以便在外界面和內界面（即薄膜與玻璃的接觸面）上反射出來的光波振幅接近相等，使其合振幅接近于零，從而使反射光接近全部相消.在正入射的情況下，光從介質1（折射率n1）到介質2（折射率n2）的界面上反射時，應滿足=()2(稱反射率).如果玻璃的折射率n2=1.8,n1=1則在玻璃表面上的反射率:=()2=8%在鍍上了氟化鎂薄膜之后，可使反射光由不鍍膜時的8%降低到0.078%，大大減少了光學元件表面反射造成的能量損失，因而增強了透射光的能量，所以這層鍍膜也稱增透膜.另外，有一種鍍膜的目的是為了增強對某一光譜區(qū)內的反射能量，這種膜稱為反射膜.除了鍍制增透膜和反射膜外，還可以鍍制各種性能的多層高反射膜、彩色分光膜、冷光膜以及干涉濾光片等.例如，氦氖激光器諧振腔的全反射鏡鍍1519層的硫化鋅氟化鎂膜系，便可使6328波長的光的反射率高達99.6%；廣泛應用于彩色顯示器中的彩色分光膜是一種在可見光區(qū)內有選擇反射性能的薄膜；冷光膜是一種高效能地反射可見光又高效能地透射紅外光的多層膜系，這種膜系通常鍍在電影放映機的反光鏡上，以減少電影膠片的受熱和增強銀幕的照度.2019-2020年高三物理 第二十章 光的波動性 一、光的干涉(備課資料)對于增透膜，當薄膜厚度是入射光在薄膜介質中波長的時，在薄膜的兩個面上反射的光，路程差恰好等于半個波長，因而相互抵消.在通常情況下入射光為白光，而增透膜的厚度只能使一定波長的反射光相互抵消.在選擇增透膜時，一般是使光譜中部的綠黃光在垂直入射時互相抵消，因為人們的視覺對這種光最敏感.這時光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒有完全抵消，所以涂有增透膜的光學鏡頭呈淡紫色.二、薄膜干涉的幾種觀察方法1.肥皂膜干涉直接觀察法.如圖2015所示，用直徑2 mm的銅絲彎成直徑約60 cm的圓環(huán)，下部是三角底座.演示時把圓環(huán)豎直地插入肥皂液中，慢慢向上提起，在圓環(huán)上就張緊一層薄膜.將圓環(huán)立在桌上，薄膜反射由窗口射入的光線.當肥皂液逐漸向下流動的過程中，就可看到干涉出現(xiàn)的彩色條紋.將內部沾濕的大燒杯（100 mL）罩住圓環(huán)，因減小了蒸發(fā)，延長了演示時間.如圖2016所示，點燃酒精燈（燈內酒精和燈芯上都灑有食鹽），它發(fā)出黃色的火焰（鈉的光色），酒精燈旁放有一個張有肥皂膜的圓環(huán)，在膜上就能看到燈焰的像.圖2016當液膜由于重力形成上薄下厚的楔形時，燈焰的像上出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋，實驗在暗室內進行效果更好.實驗中，肥皂液太稀或溫度較高，薄膜容易破裂.但太稠流動性又差，不易出現(xiàn)干涉條紋.在肥皂液中加適量的食糖或甘油，能延長膜的存留時間. 也可用洗衣粉液代替肥皂液.投影法.實驗裝置如圖2017，光源為除去成像透鏡的幻燈機，讓光源射出的光束照射沾有皂膜的圓環(huán).調節(jié)環(huán)的位置，使光束的直徑和環(huán)的直徑接近凸透鏡（直徑約10 cm，焦距約20 cm）.當反射光穿過透鏡時，屏上即出現(xiàn)干涉條紋.進一步調節(jié)透鏡和環(huán)的距離，使成像清晰.重新在環(huán)上形成肥皂膜時，就可以看到幕上干涉條紋是自下而上，先紫后紅的一條條彩色的條紋.圖20172.牛頓環(huán).實驗光路如圖2018所示，調節(jié)透鏡位置，使擴展后激光束正好照射在“牛頓環(huán)”上，這時反射的干涉條紋是中心為暗點的明暗相間的一組同心圓，且條紋間距不等（如圖2018 a）.如果將屏移至“牛頓環(huán)”的左側，則在屏上出現(xiàn)的干涉條紋是中心為亮點的明暗相同的一組同心圓，且條紋間距不等.這是由透射光產(chǎn)生的干涉條紋，它和反射光產(chǎn)生的干涉條紋正好互補（圖2018 b）.調節(jié)牛頓環(huán)各螺絲，使薄膜厚度變小，圓形干涉條紋向外擴展，中心的亮暗不變.圖2018用普通光照射時，得一組彩色同心圓；當薄膜厚度變小時，彩色干涉條紋也向外擴展，中心的亮度不變.參考書目：上海教育出版社出版名師授課書（物理）上海教育出版社出版中學教學全書（物理）