2、當(dāng)薄膜厚度為入射光波長的1/4時(shí)，薄膜兩個(gè)表面反射光的光程差正好等于/2，因此相互抵消。 結(jié)果，反射光的能量大大減少，而透射光的能量大大增強(qiáng)，增加了透射光的強(qiáng)度。 但在皂膜干涉中，當(dāng)膜厚為薄膜內(nèi)入射光波長的1/4時(shí)，薄膜正反面的反射光相互加強(qiáng)，出現(xiàn)明亮的條紋。 為什么同樣的膜厚，結(jié)果卻完全相反？在解決膜厚問題時(shí)，無法回避“半波損耗”的概念。 所謂光波的半波損耗是指：當(dāng)光波被光密介質(zhì)反射時(shí)，反射波的相位會(huì)發(fā)生突變，如圖1所示的透明薄膜示意圖，其中0、1、2分別代表空氣、薄膜層、玻璃的折射率。 當(dāng)入射光s入射到薄膜上時(shí)，由于光在薄膜中的多次反射，分光成功率會(huì)降低到1、2、3等
3、如果薄膜的上下表面相互平行，則反射光線和透射光線將形成兩個(gè)平行的光線組。 圖1 圖2 對(duì)于增透膜012（如空氣01、2的折射率為1138，冕牌玻璃的折射率為2152）。 當(dāng)光從空氣進(jìn)入薄膜時(shí)（光從光疏介質(zhì)變?yōu)楣饷芙橘|(zhì)），從薄膜進(jìn)入玻璃時(shí)，上下表面的反射會(huì)發(fā)生半波損耗，即一半-發(fā)生波損耗。 相位突變因此，反射光組1、2和3中由反射引起的相位差為零。 如果兩個(gè)相鄰的反射光相互抵消，則存在光程差21r(12)0，其中0是光在空氣中的路徑長度。 波長為薄膜的厚度，r為光在薄膜中的折射角，0,1,2,3。當(dāng)光射到薄膜上時(shí)，r=，則 21 (12) 0, (12) 02， 0，所以膜厚為(21) 4)，當(dāng)0, 4時(shí)，即為增透膜的厚度
4、為薄膜中入射光波長的14。 由于皂膜兩面都是空氣，光線在皂膜正面反射時(shí)會(huì)遭受半波損失。 由此產(chǎn)生的相位差為，穿過皂膜后，皂膜一側(cè)反射時(shí)不會(huì)有半波損耗。 當(dāng)皂膜的厚度恰好為(21)4)時(shí)，雖然兩束反射光的光程差為半波長的奇數(shù)個(gè)，但由于皂膜一側(cè)的反射所產(chǎn)生的相位差或附加光程差2只是使兩束反射光相互加強(qiáng)，形成明亮的條紋（“氣膜”干涉也存在類似的問題）。 對(duì)比“皂膜”和“減反射膜”的相??干過程，可以看出，由于膜的折射率與膜兩側(cè)接觸介質(zhì)的關(guān)系不同，雖然膜的厚度不同，薄膜是14個(gè)波長的奇數(shù)倍，其現(xiàn)象是一個(gè)相互抵消，另一個(gè)相互增強(qiáng)。 結(jié)果卻完全相反。 學(xué)生缺乏一定的知識(shí)基礎(chǔ)，沒有考慮薄膜反射的半波損耗
5、如果漏掉了問題，很容易認(rèn)為兩者的結(jié)果應(yīng)該是一樣的。 這一點(diǎn)在教學(xué)中應(yīng)引起教師和學(xué)生的注意。 問題2：薄膜干涉中透射光可以干涉嗎？在增透膜中（如圖1所示），由于反射光組1、2、3相互抵消，反射光組的能量大大降低。 同樣道理為0，所以當(dāng)光在薄膜中連續(xù)反射兩次時(shí)，僅在薄膜的上表面發(fā)生半波損耗，導(dǎo)致相位突然發(fā)生變化。 從薄膜下表面直接透射的光（如光）和在薄膜中連續(xù)兩次反射后透射的光（如光），由反射引起的附加相位是不同的。 同理可以看出，透射光組中相鄰兩束透射光線反射引起的相位差，就是透射光組中相鄰兩束透射光線的光路，當(dāng)反射光線1、2 , 和 3 相互抵消。 差值也是（光線正常時(shí)）：22。因?yàn)?4，所以光程差看起來是02，加上附加相位差或者反射引起的附加相位差。
6、加上02的光程差，這樣相鄰兩束透射光線的實(shí)際光程差為0，就會(huì)互相加強(qiáng)薄膜干涉高中物理，這樣透射光的能量也能得到增強(qiáng)。 在增透膜實(shí)現(xiàn)增透的過程中不難發(fā)現(xiàn)：反射光組1、2、3的相互抵消與透射光組的相互增強(qiáng)形成互補(bǔ)的效果，這表明可見干涉效應(yīng)只是重新分配能量，皂膜干涉中總能量仍然守恒。 當(dāng)04時(shí)，從薄膜下表面直接透射的光與在薄膜中連續(xù)兩次反射后透射的光的光程差為02。另外，光經(jīng)過薄膜下表面的半波損耗而產(chǎn)生的附加光路膠片中連續(xù)兩次反射的差值為0，因此實(shí)際光程差為302。透射光會(huì)相互抵消，出現(xiàn)暗條紋。 可以看出，無論是反射光還是透射光，都存在穩(wěn)定的光程差，兩者都是相干的，都能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉條紋。只是同一地方的反射光和透射光的相位差而已是 02。
7. 光的干涉條紋總是與反射光的干涉條紋相反。 即如圖2所示，反射光的干涉條紋是亮、暗、亮，而其后面的透射光對(duì)應(yīng)的條紋應(yīng)該是暗、亮、暗。 總能量仍然守恒，這也反映了互補(bǔ)效應(yīng)。 然而，在課堂上演示皂膜干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果直接從皂膜的背面觀察皂膜的背面，則無法觀察到干涉圖案。 如果在暗室中進(jìn)行，可以觀察到干涉圖案，但其他可見度遠(yuǎn)低于反射光干涉圖案。 問題3：為什么叫薄膜干涉？ 厚膜會(huì)產(chǎn)生干擾嗎？ 用干涉法檢查平面平整度時(shí)，為什么不是樣品上下表面反射的光波造成的干涉呢？ 我們知道，光干涉是光波的一種特殊疊加現(xiàn)象。中學(xué)物理中討論的是“滿足一定條件的兩束光在空間中疊加，它們的組合振動(dòng)固定地在某些地方加強(qiáng)，在某些地方減弱”。其他地方。
8、有一種穩(wěn)定分布的干擾，在空間中周期性變化。 雖然光的干涉并不難實(shí)現(xiàn)（如油膜和肥皂泡在陽光照射下呈現(xiàn)出某種顏色），但任何兩個(gè)光波相遇時(shí)都不可能相遇。 發(fā)生干擾。 即使完全獨(dú)立的光源（如兩根蠟燭和兩盞電燈）產(chǎn)生的波相遇，它們?cè)谌魏吻闆r下都不會(huì)產(chǎn)生干涉，但它們產(chǎn)生的光強(qiáng)分布等于各個(gè)光強(qiáng)的總和。 也就是說，要產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象，相遇的光波必須滿足一定的條件，我們稱之為“相干條件”。 相干條件（必須同時(shí)滿足以下三個(gè)必要條件）： 1、參與疊加的光波頻率必須相同； 2、各光波在疊加點(diǎn)引起的振動(dòng)必須具有相互平行的振動(dòng)分量； 3、各光波在疊加點(diǎn)引起的振動(dòng)必須具有恒定的相位差（不同的疊加點(diǎn)可以有不同的相位差）。 根據(jù)理論 也就是說，參與疊加的每一個(gè)光
9、如果波同時(shí)滿足以上三個(gè)條件，肯定會(huì)出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。 學(xué)生很容易理解（1）和（2）兩個(gè)條件，但很多學(xué)生認(rèn)為第三個(gè)必要條件不是必要的。 原因是：由于兩列光波的頻率相同，所以每次兩列光波之間的相位差一定是恒定的，因此薄膜干涉應(yīng)該與薄膜的厚度無關(guān)。 這種理解本質(zhì)上將任何光波視為無限長的波列并將其理想化。 對(duì)于實(shí)際光源的發(fā)光來說，它不能被視為無限長的波列。 這是因?yàn)槲⒂^物體的發(fā)光過程主要是自發(fā)發(fā)射，是一種間歇性的量子行為，具有發(fā)光的不連續(xù)性、不規(guī)則性和獨(dú)立性等特點(diǎn)。 對(duì)于原子來說，當(dāng)它從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，它會(huì)發(fā)出有限長度的光波列。 波列何時(shí)發(fā)射是完全隨機(jī)的。每個(gè)原子獨(dú)立且間歇地發(fā)射不同的波列，并且平均
10. 每個(gè)事件的持續(xù)時(shí)間都很短，一秒內(nèi)有 109 個(gè)初始相變。 因此，不同原子發(fā)出的各種波列在振動(dòng)方向和相位上沒有固定的關(guān)系。 而且持續(xù)時(shí)間和波列長度實(shí)際上存在巨大差異。 顯然兩個(gè)獨(dú)立的普通光源，即使是頻率相同的單色光，也不一定滿足第三個(gè)必要條件。 數(shù)據(jù)顯示，白光源的相干時(shí)間t=，相干長度僅為l=900nm，非常短。 因此，在薄膜干涉中，“薄”是形成干涉條紋的重要條件，即薄膜的厚度必須小于波列的長度，使得前后表面反射的兩波薄膜具有相位相干性。 前后表面反射的光波相遇后，“厚”的油膜不再具有相位相干性。 不能滿足第三個(gè)必要條件，不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。同樣，在檢查平面方法中，氣槽實(shí)際上是
11、很細(xì)，氣隙上下表面反射的兩波實(shí)際上是同一波分開的兩波，滿足相位相干性，所以會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。 如果氣隙很厚，則不會(huì)造成干擾。 由于標(biāo)準(zhǔn)件的厚度遠(yuǎn)大于波列的長度，因此標(biāo)準(zhǔn)件上下表面反射的波列不再是同一波，因此無法產(chǎn)生干涉條紋。 問題4：光幕能接收到干涉條紋嗎？ 如何改善示范實(shí)驗(yàn)可視性不足的問題？ 如果用點(diǎn)光源照射薄膜，它發(fā)出的光被薄膜的兩個(gè)表面反射，在重疊區(qū)域形成干涉場(chǎng)（我們僅限于薄膜很薄的情況）。 對(duì)于場(chǎng)中的任意點(diǎn)p，根據(jù)反射定律，我們可以找到穿過它的兩個(gè)表面所反射的一對(duì)相干光線。 我們只需要找到這對(duì)光線的光程差就可以確定該點(diǎn)的干涉光強(qiáng)度。對(duì)于任意選擇的一點(diǎn)，光程差是唯一的，并且對(duì)于不同的點(diǎn)
12、光程差不同，因此在干涉區(qū)域形成穩(wěn)定的光強(qiáng)分布。 如果將光幕放置在干涉區(qū)域，只要光源足夠強(qiáng)，光幕上就會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。 這種干擾稱為非本地干擾。 如果使用擴(kuò)展光源來照射膠片，則擴(kuò)展光源可以被視為由無數(shù)個(gè)連續(xù)分布的點(diǎn)光源組成。 這些點(diǎn)光源是不相干的。 空間某一點(diǎn)的光強(qiáng)是這些點(diǎn)光源產(chǎn)生的干涉光強(qiáng)之和。 對(duì)于固定的光強(qiáng)度，不存在相長和相消現(xiàn)象。 也就是說，如果在干涉場(chǎng)中放置一個(gè)接收屏，光源上的每個(gè)點(diǎn)都會(huì)在接收屏上產(chǎn)生一組干涉條紋。 由于每個(gè)點(diǎn)的光源位置不同，它們產(chǎn)生的干涉圖案會(huì)彼此交錯(cuò)，導(dǎo)致能見度降至零。 在光屏上觀察不到干涉圖案。但在薄膜表面附近，只要接收系統(tǒng)的入瞳很小（如人眼或低倍顯微鏡），每對(duì)相干光線從擴(kuò)展光源上的每個(gè)點(diǎn)都會(huì)
13. 它們具有幾乎相同的入射角和薄膜厚度，因此具有幾乎相同的光程差，產(chǎn)生相似的干涉圖案。 通過將接收器聚焦在薄膜表面上，干涉圖案可以呈現(xiàn)在其共軛平面上。 薄膜中透射光的干涉也是如此。 也就是說，薄膜的干涉圖案可以直接用眼睛觀察到。 如果將光屏放置在皂膜上，則光屏上只能看到亮場(chǎng)。 基于以上兩點(diǎn)討論，本實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行以下改進(jìn)： 使用激光束代替蠟燭火焰作為光源。 如圖所示，激光束可以由激光光學(xué)演示器或激光筆產(chǎn)生。 使用厚凸透鏡將激光束擴(kuò)大后，照射到皂膜上。 它從皂膜的前后表面發(fā)射出來，然后投射到光幕上。 光屏上會(huì)形成明暗交替的干涉條紋。 這使得形成的干涉條紋具有很高的亮度，同時(shí)增加了可觀測(cè)距離，大大提高了實(shí)驗(yàn)的可視性。由于光屏上形成的圖像還比較小，所以有
14. 如果滿足條件，可以使用相機(jī)將屏幕上的干涉條紋擴(kuò)展到演示屏幕。 這樣，幾乎所有的學(xué)生都能清晰地觀察到皂膜的干涉條紋。 該方法不僅適用于觀察皂液膜的干涉。 如果用兩片玻璃之間形成的空氣膜代替肥皂膜，觀察到的干涉條紋將更加明亮、穩(wěn)定和持久。 也適用于牛頓環(huán)的精確觀察。 如果沒有激光，可以將相機(jī)直接對(duì)準(zhǔn)肥皂膜的干涉條紋。 只要角度合適，在黑暗的教室里也能取得明顯的實(shí)驗(yàn)效果，使全班同學(xué)都能觀察到清晰的干涉條紋。 兩個(gè)表面反射光引起的干涉現(xiàn)象相當(dāng)復(fù)雜。 如果教師對(duì)薄膜干涉的原因和條件沒有深入的了解，不能給學(xué)生正確的解釋，就很難消除他們的疑慮。 我用簡單易懂的語言對(duì)上述典型問題進(jìn)行講解，解決學(xué)生的疑惑，為同行們討論、指正、指正提供參考。 參考文獻(xiàn)1 人民教育出版社物理室高中教材，物理（第2卷）人民教育出版社，19952 張福全，孫榮山，唐衛(wèi)國光學(xué) 北京師范大學(xué)出版社，19853 孫子文 教學(xué)反演時(shí)應(yīng)注意四點(diǎn)——反射涂層 中學(xué)物理教學(xué)參考書薄膜干涉高中物理，2000年（4） 4 彭勝標(biāo)分析皂膜成像分析中的一個(gè)錯(cuò)誤 中學(xué)物理，2000年（10） 5 馮尊東實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中學(xué)物理教學(xué)參考書2004年（1-2）
