再谈半波损失和薄膜干涉

本文的主要内容有四点.一是对近期本刊发表的《光由光密介质射向光疏介质时半波损失的条件》作补充讨论,给出一些数学公式上的解释和相应的物理情景.二是讨论该文中谈到的一些关于半波损失的看法,并指出当偏振平行于入射面的光从光密介质入射到光疏介质、且光密介质折射率远大于光疏介质折射率时,一般不会有半波损失.三是给出薄膜干涉的定量计算结果,展示了在通常情况下,教科书上的薄膜干涉公式结果与按菲涅耳公式计算的结果是非常接近的.四是指出,教科书上的薄膜干涉公式所指示的暗纹条件恰好是正确的,但对于亮纹条件,在某些情况下,该公式会得出完全错误的结果.

抓特点 通原理 谈应用——以薄膜干涉的三类应用为例

光照射在薄膜上,从膜的前表面和后表面反射回来的两列光波再次相遇而产生干涉现象,在薄膜前表面的同一侧这两列反射光叠加形成干涉条纹,这就是薄膜干涉。近三年全国各地高考模拟题和高考真题对薄膜干涉知识的考查屡次出现,比如2023年山东卷第5题、2021年浙江卷第16题、2021年江苏卷第6题、2021年山东卷第7题等。下面从劈尖干涉、肥皂膜干涉、牛顿环干涉三个方面对薄膜干涉现象进行剖析,以期对同学们的复习备考有所启示。

基于薄膜干涉的激光打印文件朱墨时序检验研究

为探究薄膜干涉现象与朱墨时序的关联性,探索朱墨时序检验的新思路,考察了打印墨粉、印染物的种类及量、印字间隔时间等因素对结果的影响,发现先墨后朱样本的薄膜干涉出现率为65.57%,先朱后墨的出现率仅为4.94%,且印染物种类、印油量和印字间隔时间会对薄膜干涉出现率产生一定的影响。因此,干涉现象可作为判断后盖印的重要依据,但需结合其他特征进行综合检验。

薄膜干涉结构生色蚕丝织物的研制

结构生色是一种无污染的仿生着色技术。采用静电自组装法在蚕丝织物表面构建Si O2/聚乙烯亚胺(PEI)结构生色薄膜,研究自组装条件中水洗次数、纳米Si O2粒子分散液浓度和PEI溶液浓度等因素对构建结构生色薄膜的影响,确定有利于在蚕丝织物表面静电自组装纳米Si O2/PEI结构生色膜的条件为:水洗5次,纳米Si O2粒子分散液质量分数0.2%,PEI溶液质量分数0.1%。用数码相机、Digi Eye数慧眼系统和多角度分光光度仪表征蚕丝织物的结构色及其反射率光谱,并用场发射扫描电子显微镜观察织物表面纳米Si O2/PEI薄膜的形态结构,结果显示:研制的薄膜干涉结构生色蚕丝织物的生色机理符合单层薄膜干涉生色原理,且结构色随组装周期数、组装纳米Si O2粒子的粒径和观察角度而变化;蚕丝织物用纳米Si O2/PEI组装形成的结构生色膜薄而光滑,对织物的手感和弯曲性能无明显影响。

法布里-珀罗薄膜干涉的光纤温度传感器

为了研制结构简单、成本低、可批量生产的微型光纤温度传感器,分析了薄膜干涉型光纤温度传感器的原理,选用Zr O2和Al2O3两种介质薄膜材料,采用TFCalc膜系设计软件设计了薄膜干涉型光纤温度敏感探头的膜系,由南光ZZS1100-8/G箱式真空镀膜系统采用电子束蒸发技术在普通多模光纤端面蒸镀介质薄膜,形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)薄膜干涉,并搭建光纤温度传感测试系统,测试结果表明:在200~600℃范围内,所设计的干涉型光纤温度传感器的测试光谱随温度变化产生一定的波长漂移,且波长漂移的温度特性为线性,线性相关系数为99.7%,灵敏度为8.37×10-6/℃。基于法布里-珀罗干涉的薄膜型光纤温度传感器体积小,成本低,结构紧凑,可批量生产,适合安装位置狭小或对传感器集成化要求较高的场合。

关于薄膜干涉中额外光程差的讨论

就薄膜干涉中两反射光间的额外光程差问题展开论述。首先给出半波损失的概念,强调入射光在掠入射或正入射两种情况下,反射光才可产生半波损失。其次讨论薄膜干涉中各种情况下反射光间的额外光程差。第1种情况是折射率为n2的薄膜处于折射率为n1的介质中,可分为n1>n2和n1<n22种情况。第2种情况是薄膜上下表面以外介质折射率不同,又可分为n1>n2>n3,n1<n2<n3,n1>n2<n3及n1<n2>n34种情况。分别讨论了反射光间是否存在额外光程差,并且对入射角的范围作了说明,同时更正了部分文献的错误。与某些教科书给出的结论不同,当媒质的折射率逐次变化时,也会存在一个额外光程差,但不是λ/2;而当薄膜上下表面物理性质相反时,也有额外光程差不为λ/2的特例。

薄膜干涉理论中的几个问题

在分析讨论单层增透、增反膜条件的基础上,对半波损失、附加光程差的定义和正。

基于Matlab GUI的薄膜干涉仿真

为动态反映薄膜干涉图样随波长和干涉装置的几何参数的改变而产生的变化,利用Matlab图形用户界面的设计和开发功能,结合真实的可见光谱,制作了劈尖干涉、牛顿环干涉以及迈克尔逊干涉的交互式图形仿真界面.仿真结果图形细致逼真,使该过程的物理规律直观形象,有助于学生理解这几种典型薄膜干涉过程中的物理规律.

薄膜干涉公式的一种推导方法

给出薄膜干涉公式的另一种推导方法 .其特点是 :推导过程中物理图像清晰、物理概念明确 ;光程概念。

分振幅薄膜干涉-等厚干涉实验拓展

通过分析空气劈尖的直线型等厚干涉条纹到牛顿环的圆环型等厚干涉条纹的逐渐演变过程,解释了劈尖干涉条纹及牛顿环干涉圆环分布的特点。证实了劈尖干涉和牛顿环干涉产生机理的一致性,即两种干涉均属于分振幅薄膜干涉-等厚干涉,这在一定程度上是对目前国内常见《光学》教材中薄膜干涉-等厚干涉相关内容的补充和完善,加深了学生对分振幅薄膜干涉-等厚干涉原理的理解,教学效果明显提高。

薄膜干涉中半波损失的“例外”的实验验证

利用自制装置形成空气 玻璃 水膜和空气 玻璃 空气膜 ,通过比较两种膜的半波损失照片 ,验证了文献 [3]中所述的薄膜干涉中半波损失的“例外”情况 .

关于薄膜干涉问题中产生附加位相差π的条件

讨论了在薄膜干涉中,振动方向平行于入射面入射的线偏振光能产生附加位相差π所满足的条件,并利用三种介质折射率的不同大小关系,分别得出了上方界面入射角i1的允许取值范围.

基于Macleod软件的分振幅薄膜干涉仿真教学

分振幅薄膜干涉是高等学校波动光学教学的重要内容,也是薄膜光学的理论基础.本文基于著名的光学薄膜仿真软件Macleod,利用3D绘图技术仿真了楔形薄膜分振幅干涉的相长和相消的情形.并仿真了薄膜干涉位相突变的情况,以及多层结构高反射膜和减反射膜的情况.让学生理论解析联系软件仿真分析,更加形象具体的了解分振幅薄膜干涉,提高教学效果.还让学生了解光学薄膜的光谱调控能力和广泛实践应用,提高学生的学习兴趣.

薄膜干涉的教学探索

大学物理的教学中,薄膜干涉是波动光学中的一个重要教学内容,在教学实践中,应采用先讲述分析处理薄膜干涉问题的思路和步骤,再按此思路和步骤来分析具体的薄膜干涉问题的教学方法。此方法也可适用于其他类似内容的教学。

光程的概念与薄膜干涉中光程差的表示方法

给出了光程定义的数学表达式,提出了"几何光程"和"物理光程"的概念,同时在光程及光程差的表达式中引入"半波损失选择项".采用这样的表述方式,使学生在讨论薄膜干涉时,思路清晰明了,结果(即得到的公式)适合任意情况.

薄膜干涉中半波损失与附加光程差的讨论

文章从半波损失概念及菲涅尔公式入手,在深刻理解半波损失的理论依据的基础上,对半波损失产生的条件进行了系统探讨,明晰了半波损失产生的条件。以薄膜干涉为例,分析不同条件下反射光之间是否存在附加光程差,归纳附件光程差的判断方法。得到的结论可以对部分文献做出修正与补充。

一种演示薄膜干涉的方法及其相关光学原理

介绍了利用 He-Ne激光器和镀金属玻璃镜演示光的薄膜干涉的一种实验方法，并从光的电磁理论和光度学角度对形成的等倾干涉条纹进行了深入分析．

薄膜干涉的附加光程差和条纹特点

用菲涅尔公式简便地推导了薄膜干涉的附加光程差,并总结出了记忆方法;在此基础上,推导和讨论了等倾干涉条纹的特点。