题目
波长为lambda的单色光照射薄膜,薄膜厚度为d、折射率为n,单色光在薄膜中的折射角为gamma,薄膜上表面和下表面的反射光在上表面相遇时的光程差为()A. delta=2ndcosgammaB. delta=2ndcosgamma+(lambda)/(2)C. delta=2ndcosgamma delta=2ndcosgamma+(lambda)/(2) 两种情况都有可能D. 0
波长为$\lambda$的单色光照射薄膜,薄膜厚度为$d$、折射率为$n$,单色光在薄膜中的折射角为$\gamma$,薄膜上表面和下表面的反射光在上表面相遇时的光程差为()
A. $\delta=2nd\cos\gamma$
B. $\delta=2nd\cos\gamma+\frac{\lambda}{2}$
C. $\delta=2nd\cos\gamma$ $\delta=2nd\cos\gamma+\frac{\lambda}{2}$ 两种情况都有可能
D. $0$
题目解答
答案
C. $\delta=2nd\cos\gamma$ $\delta=2nd\cos\gamma+\frac{\lambda}{2}$ 两种情况都有可能
解析
本题考查薄膜干涉中光程差的计算,解题的关键在于考虑光在薄膜上下表面反射时是否存在半波损失。
步骤一:分析光在薄膜中传播的几何关系
设单色光在薄膜中的折射角为$\gamma$,薄膜厚度为$d$。光在薄膜中传播的实际路程为$2d\cos\gamma$(根据几何关系,光在薄膜中往返传播,在垂直于薄膜表面方向上的投影路程为$2d\cos\gamma$)。
步骤二:计算光在薄膜中传播的光程
光程是指光在介质中传播的路程与该介质折射率的乘积。已知薄膜折射率为$n$,则光在薄膜中传播的光程为$2nd\cos\gamma$。
步骤三:考虑半波损失情况
半波损失是指光从光疏介质射向光密介质,在反射时反射光的相位突变$\pi$,相当于光程增加或减少$\frac{\lambda}{2}$。
- 当光从光疏介质射向薄膜上表面反射时,若薄膜的折射率$n$大于光所在的上表面介质的折射率,且光从薄膜下表面反射时,薄膜的折射率$n$小于下表面介质的折射率,或者反之,即两次反射中有一次存在半波损失时,光程差$\delta = 2nd\cos\gamma+\frac{\lambda}{2}$。
- 当两次反射都不存在半波损失或者两次反射都存在半波损失时,半波损失相互抵消,光程差$\delta = 2nd\cos\gamma$。
所以,薄膜上表面和下表面的反射光在上表面相遇时的光程差$\delta = 2nd\cos\gamma$和$\delta = 2nd\cos\gamma+\frac{\lambda}{2}$两种情况都有可能。