利用薄膜干涉简单粗略测量劈尖薄膜的厚度及夹角.doc

利用薄膜干涉简单粗略测量劈尖薄膜的厚度及夹角(楚雄师范学院物电系,云南楚雄 675000 ) 摘要:本文利用自制的肥皂薄膜,利用相机拍摄薄膜劈尖的干涉条纹,有图片上的信息,得到劈尖薄膜的厚度及夹角,所要设备简单,无需精密的光学仪器,且现象明显,适合进行教学使用。在家中利用肥皂水, 太阳光(本文利用钠黄光),手机即可实现,所以适合作为家庭小实验。关键字:薄膜干涉,干涉条纹,手机拍摄,厚度,夹角 : 肥皂薄膜是生活中经常看到, 细心的人可能都看到过在太阳光下薄膜有很漂亮的干涉条纹( 见图 5), 取一洁净的线框,= 浸入肥皂溶液中, 取出时, 使线框面竖直。肥皂膜因为重力作用, 上端变薄下端变厚, 从而形成一个劈尖, 起初看见彩色条纹直间的距离逐渐增加,最后彩色消失,本文利用钠黄光进行实验。 , 具有波动性。干涉现象是光的波动性的基本特征之一。只有频率相同、振动方向相同或有相同的振动分量、相位相同或是相位差保持恒定的两个相干光源所发出的光波才是相干波。膜层之间的反射光和透射光满足光相干的条件, 可形成干涉。利用光程差的概念可以方便地讨论薄膜干涉作用。图1 薄膜干涉如图 1 所示, 薄膜上下两个界面平行, 从光源上一点射出单色光入射的薄膜上, 一部分光在上界面, 一部分光在上界面上反射( 振幅为 1r ), 另一部分透过上界面, 在下界面上反射,然后在透过上界面射出(振幅为 2r ),光线( 1 )和( 2 )满足光干涉条件,因而在无穷远处长生干涉。两光线的干涉强度决定于他们的光程差,作 CD 垂直于光线(1)。利用图中所示的几何关系的折射定律,可以得到光线 1 和光线 2 的光程差为 i nd cos 2??(1) 如果不考虑光在上下两个界面反射时的位相跃变, 则当光程差为?mi nd? cos 2 (m =O,1, 2,?) 时,将产生相长干涉:当 2/)12( cos 2???mi nd (m =O,1,2,?) 时将产生相消干涉。i nd cos 称为薄膜的有效光学厚度,而???/ cos 2i nd ?则称为有效相位厚度。所以: 明纹暗纹(2) ,即入射光和反射光处处都与薄膜表面垂直,这时 0?i , 图2 劈尖干涉??/2 nd ?所以由( 2 )式可得到( 3 )式采用钠光,实验得到如下图的干涉图样。图3 干涉图对图 2 进行数据采集的到如下图数据, 已知该边框长度为 , 在图片上采集到的数据为边框为 5cm, 条纹间距为 , 于是得到实际条纹间距为 ,在图片上标出得到如下图。?????????????,...) 2,1,0(2 12 ,...) 3,2,1(2 2kj kjn??????????????????,...) 2,1(