题目
10.在棱镜( _(1)=1.52 )表面镀一层增透膜( _(2)=1.30 如使此增透膜适用于550.0nm-|||-波长的光,膜的厚度应取何值?

题目解答
答案

解析
本题考查增透膜的原理及薄膜干涉知识,关键是分析光在薄膜上下表面反射时的相位变化,确定干涉相消条件,进而计算膜的最小厚度。
步骤1:分析反射光的相位变化
增透膜的作用是使反射光相消,透射光加强。光线从空气($n_0=1.00$)入射到增透膜($n_2=1.30$)上表面时,因$n_0 < n_2$,反射光有半波损失(相位差$\pi$);光线从增透膜下表面($n_2=1.30$)反射回空气时,因$n_2 > n_1=1.52$(棱镜折射率),反射光无半波损失(无相位差)。两反射光的总相位差需满足相消条件。
步骤2:确定光程差与相位差的关系
两反射光的光程差主要来自薄膜的几何路程:光线在膜中往返一次,光程差为$2n_2d$($d$为膜厚)。由于上表面反射有半波损失,额外光程差为$\frac{\lambda}{2}$,总光程差为:
$\Delta = 2n_2d + \frac{\lambda}{2}$
相消干涉条件为总光程差等于半波长的奇数倍:
$2n_2d + \frac{\lambda}{2} = (2k+1)\frac{\lambda}{2} \quad (k=0,1,2,\dots)$
步骤3:求解最小膜厚
化简上式得:
$2n_2d = k\lambda$
取$k=0$时,$d=0$(无意义);取$k=1$时,得最小厚度:
$d = \frac{\lambda}{2n_2}$
步骤4:代入数据计算
波长$\lambda=550.0\,\text{nm}$,$n_2=1.30$:
$d = \frac{550.0}{2\times1.30} \approx 105.8\,\text{nm}$