题目
【题目】在玻璃(折射率 n_2=1.60 )表面镀一层MgF_2 (折射率 n_2=1.38 薄膜作为透膜,为了使波长为 500nm(1nm=10^(-9)m) 的光从空气(n_1=1.00 )正入射时尽可能减少反射, MgF_2 薄膜的最少厚度应是()A. 78.1nmB. 90.6nmC. 125nmD. 181nmE. 250nm
【题目】在玻璃(折射率 n_2=1.60 )表面镀一层MgF_2 (折射率 n_2=1.38 薄膜作为透膜,为了使波长为 500nm(1nm=10^(-9)m) 的光从空气(n_1=1.00 )正入射时尽可能减少反射, MgF_2 薄膜的最少厚度应是()
A. 78.1nm
B. 90.6nm
C. 125nm
D. 181nm
E. 250nm
题目解答
答案
B. 90.6nm
解析
本题考查薄膜干涉中的反射光相消条件。关键点在于分析两次反射光的相位差,需考虑折射率变化引起的相位反转和光程差。当光从低折射率介质进入高折射率介质时,反射光会发生相位反转。本题中,两次反射均发生相位反转,因此总相位差仅由光程差决定。通过建立相位差方程,可求得薄膜的最小厚度。
相位差分析
-
两次反射的相位反转:
- 空气($n_1=1.00$)到MgF₂($n_2=1.38$):折射率增大,反射光发生相位反转。
- MgF₂($n_2=1.38$)到玻璃($n_3=1.60$):折射率继续增大,反射光再次发生相位反转。
因此,两次反射的相位差不包含额外的$\pi$偏移,仅由光程差决定。
-
光程差计算:
光在薄膜中往返路程为$2t$,对应光程差为$\frac{2t}{\lambda_0/n_2} = \frac{2n_2 t}{\lambda_0}$,总相位差为$\frac{4\pi n_2 t}{\lambda_0}$。 -
相消条件:
总相位差需为$\pi$的奇数倍,即:
$\frac{4\pi n_2 t}{\lambda_0} = (2k+1)\pi \quad (k=0,1,2,\dots)$
最小厚度求解
取$k=0$,得最小厚度:
$t = \frac{(2k+1)\lambda_0}{4n_2} = \frac{\lambda_0}{4n_2}$
代入$\lambda_0=500\ \text{nm}$,$n_2=1.38$:
$t = \frac{500}{4 \times 1.38} \approx 90.6\ \text{nm}$