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课件网) 2020高中物理竞赛 光学 山大附中物理竞赛教研组 编 （提升版·理论知识篇） 8 §3 多光束干涉原理 所谓薄膜，是指用物理或化学的方法涂镀在玻璃或金属表面的透明介质膜。薄膜的作用依涂镀膜层的物质和工艺的不同，可分为增透膜、高反膜、单反膜、分光膜、冷光膜、干涉滤光片等。薄膜光学是光学理论和技术领域中的一个独立的、专门的学科，它的系统研究已超出本课程的范围。这一节中，我们只是以多光束干涉原理为基础，对以上提到的一些薄膜系统作简要的介绍。 单层膜 如图4—11所示，玻璃基片上涂有一层厚度均匀的透明介质薄 膜，光束入射到薄膜上时将在膜层内发生多次反射，因此从 膜层的上下表面上分别有平行光出射，产生多光束干涉。这 种干涉的特点是，产生干涉光束的薄膜的上下表面接触的是 不同的介质。 显然，当不考虑薄膜的吸收时，必有 R+T=1。此时，对于薄膜的反射和透射特性，只需讨论其中之一即可，以下就讨论薄膜的反射特性。 由第一章中关于反射系数的讨论已知，当光束正入射时，薄膜两表面上的反射系数分别为 必须指出的是，对于正入射光束中的除?0以外的其他波长的光，不能用?0的反射率公式来进行R的计算，这种反射率随波长的变化关系由图4—13的曲线表示。 当光束不是正入射时，可以通过引入等效折射率的办法来计算反射率。 单层增反膜 由图4—12的曲线还可看到，当膜层的折射率大于基片的折射 率时，单层膜的反射率将大于基片的折射率，即此时的膜层将 起到增大反射率的作用。特别是当膜层的厚度 nh = ?0/4时，波 长为?0的光反射率将达到最大值。这个结果可以用两光束干涉 过程来作近似解释：当单层膜的折射率大于基片的折射率时， 在膜层上下表面反射的的两光束的光程差，除了由于膜层厚度 导致的 2nh = ?0/2 以外，还有由于膜层→基片界面反射引起的 附加光程差?0/2 ，所以总的光程差应为两者之和，因而反射光 干涉加强，反射率为最大值。 根据膜层的光学厚度可求得反射率为 经对比可知，单层增反膜和单层增透膜的反射率表达式在形式上是完全一样的，但意义完全不同。前者是在n0＜n ＜nG条件下反射率的极小值，后者是在n0 ＜n＞nG条件下反射率的极大值。 对于常见的单层增反膜，最大反射率只能达到33﹪左右。如果希望获得更高的反射率，必须采用多层增反膜。 半波长膜 半波长膜是光学厚度为?0/2 的膜。由图4—12可知，不论半波长 膜的折射率大于或小于基片的折射率，反射率都和未镀膜时基 片的反射率相同，所以膜层的光学厚度每变化?0/2 时，反射率 不变。 双层膜和多层膜 右图为一在玻璃基片上涂镀的双层 膜系，上膜层的厚度和折射率分别 为 h1和n1，下膜层的厚度和折射率 分别为h2和n2。 r1 r2 r3 n0 n1 n2 nG h1 h2 THE END 祝大家竞赛顺利、学业有成 ... ...
