薄膜干涉bomo ganshe

薄膜上、下表面反射光相遇而产生的分振幅干涉。1675年，牛顿发现了牛顿环，这是一种薄膜的等厚干涉条纹，但由于他持微粒说，所以不认为这是一种干涉现象。1849年，海丁格尔发现海丁环，这是一种薄膜的等倾干涉条纹，以后，玛斯卡尔和陆末各自独立地对这种条纹进行了研究。所谓薄膜是指厚度很小的透明介质膜，常见的薄膜有肥皂泡膜、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。如图1。当光射到薄膜上时，入射光SA在薄膜的上表面分成两束光，反射光为AP，折射光为AB。折射光AB在下表面也分成两束光，其中反射光BC从上表面折射出薄膜，这就是下表面的反射光CP。AP和CP在P点相遇，产生干涉。在P点相遇时，这两束反射光的光程差为△=n(AB+BC)-n′(AP-CP)+λ/2，式中n和n’分别为薄膜和周围媒质的折射率，λ为光的波长，λ/2是由于光的反射而附加的光程差。因为实际上膜很薄，所以光程差可近似为

式中d为薄膜在B点的厚度，i1在A点入射光的入射角，i₂为折射角。光程差主要取决于i₁(或i₂)和d。当△=mλ(m=1,2,3，……)时，为干涉极大；当△=(2m+1)λ/2(m=0,1,2，……)时，为干涉极小。极大和极小的光强取决于n′、n和i₁(或i₂)的数值。

图 1

下面介绍两种较为简单的薄膜干涉。若薄膜的折射率均匀，上、下表面不平行，但入射光束中各光线的入射角相同（平行光束），则光程差随膜厚而变。薄膜厚度相同的地方光程差相同，这些地方反射的光形成同一条干涉条纹，这种干涉称作等厚干涉。牛顿环和楔形平板干涉均属等厚干涉。等厚干涉的条纹定域在薄膜附近，当膜很薄或光线正入射时，可以认为定域在薄膜的上表面。当肉眼观察楔形平板的表面时，可看到平行于楔棱的等距直条纹，相邻条纹处的厚度差为λ/2n。若薄膜的折射率均匀，上、下表面平行，用单色光源照射薄膜，则光程差随入射角而变。于是，倾角（入射角的余角）相同的光线光程差相同，这些光线反射的光形成同一条干涉条纹，这种干涉称作等倾干涉。等倾干涉条纹的定域在无穷远，如使用透镜，则条纹在它的后焦面上。图2为一种观察等倾干涉的装置。M为平行平面薄膜，T与M的夹角为45°，是半透射和半反射的分光板，S为扩展光源，位于透镜L₁的前焦面。S上的各点发出的光经过L₁的折射，从T透射射向薄膜，从薄膜反射的两束光被T反射，经过透镜L₂的折射，在L₂的后焦面P上相遇，产生干涉。在P上可看到同心的圆形条纹，圆心为L₂的光轴与P的交点O。点光源也能产生等倾条纹，它的条纹亮度较小。

图 2

薄膜干涉有许多应用。例如，把细丝A夹在两块平玻璃板的一端，两板间形成楔形空气膜，用单色平行光垂直照射，数出板的两端线之间的干涉条纹数，即可求出细丝的直径。类似的装置还可用来检验精密机械零件表面的粗糙度，如图3中空气楔的上表面M是严格的平面，下表面N有微小起伏。严格的楔形薄膜的干涉条纹是平行的等距直线，而现在就会出现弯曲的条纹，根据条纹的形状可以判知N面的起伏状况。

图 3