關(guān)于等傾干涉的討論

梁麗萍

摘 要： 在大學(xué)物理教科書中，關(guān)于薄膜干涉一般只限于介紹干涉極大和干涉極小的條件及其位置，將注意力集中在薄膜的二束反射光束的幾何光程差和附加光程差上，涵蓋的內(nèi)容不夠全面，存在一定的缺憾。針對這一情況，本文從Fresnel公式出發(fā)，考慮以下三方面因素分析討論了厚度均勻薄膜的等傾干涉條紋分布特征及成因：（1）當(dāng)界面發(fā)生全反射時(shí)，附加光程差不再通過簡單的半波損失表示；（2）把光矢量偏振態(tài)的平行分量和垂直分量加以區(qū)分；（3）反射偏振相干光的強(qiáng)度隨著入射角的變化關(guān)系。

關(guān)鍵詞： 等傾干涉條紋 全反射 附加光程差 光偏振

一、概述

從物理教學(xué)的角度來說，這種介紹方式將注意力集中在薄膜的二束反射光束的幾何光程差和附加光程差上，具有主題突出的優(yōu)點(diǎn)。然而，這種方式也存在一定的缺憾。首先，關(guān)于附加光程差的討論顯得不夠全面。當(dāng)光束從光密媒質(zhì)向光疏媒質(zhì)傳播時(shí)，入射角較大時(shí)會在界面上發(fā)生全反射現(xiàn)象[3]。上述四種情況下，除了第一種情況外均有可能發(fā)生全反射。當(dāng)發(fā)生全反射時(shí)，附加光程差不再通過簡單的半波損失表示，由此干涉條紋的極值位置也會有所不同。其次，盡管在討論干涉時(shí)的必要條件是二束發(fā)生相干的波之振動方向一致（即相同的偏振方向），在討論薄膜干涉時(shí)，對偏振情況并沒有區(qū)別對待。最后，反射光的強(qiáng)度隨著入射角的變化而變化，故干涉條紋的分布并不是單純地由干涉極大和較小組成，同時(shí)與入射角度有關(guān)。

將上述三個(gè)因素納入等傾干涉條紋的討論可以得到與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更接近的物理圖像，這是本文的宗旨。

二、原理

三、計(jì)算結(jié)果和討論

四、結(jié)語

本文通過Fresnel公式考慮厚度均勻薄膜的等傾干涉條紋，通過數(shù)值計(jì)算給出了各種不同折射率關(guān)系的反射干涉條紋曲線，并對其特征進(jìn)行了討論。結(jié)果表明：等傾干涉條紋的極值（極大值和極小值）位置由幾何光程差和附加光程差決定。考慮附加光程差可以從Fresnel公式出發(fā)，除了通常提到的半波損失外，還需要考慮光波電振蕩矢量的振動方向（偏振態(tài)），以及各種偏振態(tài)情況下反射界面的相位變化，包含臨界角度、全反射角等信息。此外，光反射率隨入射角的變化對干涉條紋的分布也產(chǎn)生一定程度的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚啟鈞編.光學(xué)教程（第三版）.北京：高等教育出版社，2005.

[2]吳錫瓏主編.大學(xué)物理教程（第2版）.北京：高等教育出版社，1999.

[3]季家镕編.高等光學(xué)教程：光學(xué)的基本電磁理論.北京：科學(xué)出版社，2007.

[4]波恩·沃爾夫著.楊葭蓀等譯.光學(xué)原理（第七版）.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

本文為上海市大學(xué)物理精品課程建設(shè)資助項(xiàng)目。