劈尖干涉PPT課件

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1、n1n2n3 17-5 薄 膜 干 涉 等 厚 條 紋1. 等 厚 干 涉 條 紋 iba abA BC inne en 221222 sin2 cos2 當(dāng) 一 束 平 行 光 入 射 到 厚 度 不 均 勻 的 透 明 介 質(zhì) 薄膜 上 ， 如 圖 所 示 ， 兩 光 線 a 和 b 的 光 程 差 ： 當(dāng) i 保 持 不 變 時(shí) ， 光 程 差僅 與 膜 的 厚 度 有 關(guān) ， 凡 厚 度 相同 的 地 方 光 程 差 相 同 ， 從 而 對(duì)應(yīng) 同 一 條 干 涉 條 紋 - 等 厚 干 涉 條 紋 。為 此 ， 明 紋 和 暗 紋 出 現(xiàn) 的 條 件 為 ： 2,1,0212 3,2,

2、1222 2 kk kken 明 紋暗 紋 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 通 常 使 光 線 垂 直 入 射 膜 面 ，即 ， 光 程 差 公 式 簡(jiǎn) 化 為 ：0i en22等 厚 干 涉 條 紋： 為 因 為 半 波 損 失 而 生 產(chǎn) 的 附 加 光 程 差 。 當(dāng) 薄 膜 上 、 下 表 面 的 反 射 光 都 存 在 或 都不 存 在 半 波 損 失 時(shí) ， 其 光 程 差 為 :22 2 en en22 當(dāng) 反 射 光 之 一 存 在 半 波 損 失 時(shí) ， 其 光 程差 應(yīng) 加 上 附 加 光 程 /2 ,即 ：等 厚 干 涉 條 紋： 薄 膜 的 兩 個(gè) 表 面 是 平 面 ,其 間

3、 有 很 小 夾 角 。2. 劈 尖 膜2.1 劈 尖 干 涉 光 程 差 的 計(jì) 算=2ne n A反 射 光 2 反 射 光 1入 射 光 (單 色 平 行光 垂 直 入 射 )e空 氣 介 質(zhì)+/2當(dāng) 光 從 光 疏 介 質(zhì)入 射 到 光 密 介 質(zhì)的 表 面 反 射 時(shí)劈 尖 膜 B2.2 劈 尖 明 暗 條 紋 的 判 據(jù) 當(dāng) 光 程 差 等 于 波 長(zhǎng) 的 整 數(shù) 倍 時(shí) ， 出 現(xiàn) 干 涉 加 強(qiáng) 的現(xiàn) 象 ， 形 成 明 條 紋 ； 當(dāng) 光 程 差 等 于 波 長(zhǎng) 的 奇 數(shù) 倍 時(shí) ，出 現(xiàn) 干 涉 減 弱 的 現(xiàn) 象 ， 形 成 暗 條 紋 。 ,.)2,1,0(212 ,

4、.)3,2,1(22 kk kkne 明 紋暗 紋劈 尖 膜 2.3 劈 尖 干 涉 條 紋 的 特 征（ 1） 明 、 暗 條 紋 處 的 膜 厚 ： 暗 紋（ 明 紋.)2,1,02/ .)3,2,1(4/)12( knk knke 棱 邊 呈 現(xiàn) 暗 紋00 ek 第 一 級(jí) 暗 紋第 一 級(jí) 明 紋nnek 2/4/1 第 二 級(jí) 暗 紋第 二 級(jí) 明 紋nnek /4/32 一 系 列 明 暗 相 間 的 、 平 行 于 棱 邊 的 平 直 條 紋 。劈 尖 膜2.3 劈 尖 干 涉 條 紋 的 特 征（ 2） 相 鄰 明 紋 （ 或 暗 紋 ） 所 對(duì) 應(yīng) 的 薄 膜 厚 度 之

5、差 e = ek+1-ek = (2k+1)/4n - (2k-1)/4n = /2n 相 鄰 明 紋 （ 或 暗 紋 ）所 對(duì) 應(yīng) 的 薄 膜 厚 度 之 差相 同 。e k ek+1 e明 紋 暗 紋劈 尖 膜2.3 劈 尖 干 涉 條 紋 的 特 征（ 3） 兩 相 鄰 明 紋 （ 或 暗 紋 ） 的 間 距結(jié) 論 ： a.條 紋 等 間 距 分 布 b.夾 角 越 小 ， 條 紋 越 疏 ； 反 之 則 密 。 如 過(guò) 大 ，條 紋 將 密 集 到 難 以 分 辨 ， 就 觀 察 不 到 干 涉 條 紋 了 。L= e/sin e/ /2n L e明 紋 暗 紋 Le劈 尖 膜2.3

6、劈 尖 干 涉 條 紋 的 特 征 劈 尖 干 涉 條 紋 是 一 系 列 明 暗 相 間 的 、 等 間距 分 布 的 、 平 行 于 棱 邊 的 平 直 條 紋 。劈 尖 干 涉 條 紋劈 尖 膜 例 1 在 半 導(dǎo) 體 元 件 生 產(chǎn) 中 ， 為 了 測(cè) 定 硅 片 上 SiO2薄膜 的 厚 度 ， 將 該 膜 的 一 端 腐 蝕 成 劈 尖 狀 ， 已 知 SiO2 的折 射 率 n =1.46， 用 波 長(zhǎng) =5893埃 的 鈉 光 照 射 后 ， 觀察 到 劈 尖 上 出 現(xiàn) 9條 暗 紋 ， 且 第 9條 在 劈 尖 斜 坡 上 端 點(diǎn)M處 ， Si的 折 射 率 為 3.42。

7、 試 求 SiO2薄 膜 的 厚 度 。SiSiO 2 OM解 ： 由 暗 紋 條 件 e = (2k+1) /4n= 2ne = (2k+1） /2 (k=0,1,2)知 ,第 9條 暗 紋 對(duì) 應(yīng) 于 k=8,代 入 上 式 得= 1.72(m)所 以 SiO2薄 膜 的 厚 度 為 1.72 m。劈 尖 膜例 2 為 了 測(cè) 量 金 屬 細(xì) 絲 的 直 徑 ， 把 金 屬 絲 夾 在 兩 塊平 玻 璃 之 間 ， 形 成 劈 尖 ， 如 圖 所 示 ， 如 用 單 色 光 垂直 照 射 ， 就 得 到 等 厚 干 涉 條 紋 。 測(cè) 出 干 涉 條 紋 的 間距 ， 就 可 以 算 出

8、金 屬 絲 的 直 徑 。 某 次 的 測(cè) 量 結(jié) 果 為： 單 色 光 的 波 長(zhǎng) =589.3nm金 屬 絲 與 劈 間 頂 點(diǎn) 間 的距 離 L=28.880mm， 30條 明 紋 間 得 距 離 為 4.295mm,求金 屬 絲 的 直 徑 D？ L D劈 尖 膜mml 29295.4解 相 鄰 兩 條 明 紋 間 的 間 距 2sin lLDsin其 間 空 氣 層 的 厚 度 相 差 為 /2于 是其 中 為 劈 間 尖 的 交 角 ， 因 為 很小 ， 所 以 mmmD 05746.0103.589 9211010880.28 329295.4 3 代 入 數(shù) 據(jù) 得 2lLD

9、劈 尖 膜.S 分 束 鏡 M 顯 微 鏡o 牛 頓 環(huán)裝 置 簡(jiǎn) 圖平 凸 透 鏡平 晶 牛 頓 環(huán) ： 一 束 單 色 平 行 光 垂 直 照 射 到 此裝 置 上 時(shí) ， 所 呈 現(xiàn) 的 等 厚條 紋 是 一 組 以 接 觸 點(diǎn) O為中 心 的 同 心 圓 環(huán) 。牛 頓 環(huán) 光 程 差 的 計(jì) 算牛 頓 環(huán) 干 涉 條 紋 的 特 征牛 頓 環(huán) 的 應(yīng) 用 3.牛 頓 環(huán) 3.1 牛 頓 環(huán) 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 及 光 路3.2 反 射 光 光 程 差 的 計(jì) 算 = 2e + /2 eA牛 頓 環(huán) 1 23.3 牛 頓 環(huán) 干 涉 條 紋 的 特 征 (1) 明 暗 條 紋 的 判 據(jù) r

10、R e0由 幾 何 關(guān) 系 可 知（ R e)2+r2=R2R2 - 2Re + e2 + r2=R2e = r2/2R 暗 紋（ 明 紋.)2,1,02/)12( .)3,2,1(2/2 kk kke 牛 頓 環(huán)3.3 牛 頓 環(huán) 干 涉 條 紋 的 特 征k=0， r =0 中 心 是 暗 斑牛 頓 環(huán) 干 涉 條 紋 是 一 系 列 明 暗 相 間 的 同 心 圓 環(huán) 。 暗 環(huán)明 環(huán).2,1,0 .3,2,1)21( kkR kRkr 暗 環(huán)明 環(huán)., ., 210 321211 kR kRrk 牛 頓 環(huán)(2) 相 鄰 暗 環(huán) 的 間 距內(nèi) 疏 外 密 暗 環(huán)明 環(huán).2,1,0 .3

11、,2,1)21( kkR kRkr 11 kk Rrrr kk 牛 頓 環(huán) 牛 頓 環(huán) 干 涉 是 一 系 列 明 暗 相 間 的 、 內(nèi) 疏 外 密 的同 心 圓 環(huán) 。牛 頓 環(huán)4. 劈 尖 干 涉 的 應(yīng) 用4.1 依 據(jù) ： 測(cè) 表 面 不 平 度 測(cè) 波 長(zhǎng) ： 已 知 、 n， 測(cè) L可 得 測(cè) 折 射 率 ： 已 知 、 ， 測(cè) L可 得 n 測(cè) 細(xì) 小 直 徑 、 厚 度 、 微 小 變 化 h待測(cè)塊規(guī) 標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī) 平 晶等 厚 條 紋待 測(cè) 工 件 平 晶劈 尖 應(yīng) 用4.2 應(yīng) 用 ： nL 2公 式 5.1 依 據(jù) ： 公 式 mRrr kmk 22 測(cè) 透 鏡 球 面 的

12、 半 徑 R ： 已 知 , 測(cè) m、 rk+m、 rk， 可 得 R 。 測(cè) 波 長(zhǎng) ： 已 知 R， 測(cè) 出 m 、 rk+m、 rk， 可 得 。 檢 驗(yàn) 透 鏡 球 表 面 質(zhì) 量 標(biāo) 準(zhǔn) 驗(yàn) 規(guī)待 測(cè) 透 鏡暗 紋5. 牛 頓 環(huán) 的 應(yīng) 用5.2 應(yīng) 用 ：例 3 利 用 空 氣 劈 尖 的 等 厚 干 涉 條 紋 可 以 檢 測(cè) 工 件 表 面 存 在 的 極 小 的 加 工 紋 路 ， 在 經(jīng) 過(guò) 精 密 加工 的 工 件 表 面 上 放 一 光 學(xué) 平 面 玻 璃 ， 使 其 間 形成 空 氣 劈 形 膜 ， 用 單 色 光 照 射 玻 璃 表 面 ， 并 在顯 微 鏡 下

13、觀 察 到 干 涉 條 紋 ，2bah a b hb ahek-1 ek如 圖 所 示 ， 試 根 據(jù) 干 涉 條 紋的 彎 曲 方 向 ， 判 斷 工 件 表 面是 凹 的 還 是 凸 的 ； 并 證 明 凹凸 深 度 可 用 下 式 求 得 ：等 厚 干 涉 條 紋2bah 解 :如 果 工 件 表 面 是 精 確 的 平 面 ,等 厚 干 涉 條 紋 應(yīng)該 是 等 距 離 的 平 行 直 條 紋 ， 現(xiàn) 在 觀 察 到 的 干 涉 條紋 彎 向 空 氣 膜 的 左 端 。 因 此 ， 可 判 斷 工 件 表 面 是下 凹 的 ， 如 圖 所 示 。 由 圖 中 相 似 直 角 三 角 形

14、 可 : 所 以 : 21)( heehba kk a b hb a hek-1 ek等 厚 干 涉 條 紋解 ： 如 果 工 件 表 面 是 精 確 的 平 面 ， 等 厚 干 涉 條 紋 應(yīng)該 是 等 距 離 的 平 行 直 條 紋 ， 現(xiàn) 在 觀 察 到 的 干 涉 條 紋彎 向 空 氣 膜 的 左 端 。 因 此 ， 可 判 斷 工 件 表 面 是 下 凹的 ， 如 圖 所 示 。 由 圖 中 相 似 直 角 三 角 形 可 : 2bah 所 以 : 21)( heehba kk a b hb ahek-1 ek等 厚 干 涉 條 紋解 ： 如 果 工 件 表 面 是 精 確 的 平 面 ， 等 厚 干 涉 條 紋 應(yīng)該 是 等 距 離 的 平 行 直 條 紋 ， 現(xiàn) 在 觀 察 到 的 干 涉 條 紋彎 向 空 氣 膜 的 左 端 。 因 此 ， 可 判 斷 工 件 表 面 是 下 凹的 ， 如 圖 所 示 。 由 圖 中 相 似 直 角 三 角 形 可 : 2bah 所 以 : 21)( heehba kk a b hb ahek-1 ek等 厚 干 涉 條 紋 若 有 不 當(dāng) 之 處 ， 請(qǐng) 指 正 ， 謝 謝 ！