薄膜和干涉测量

薄膜干涉和干涉仪将光程差转化为可测量的条纹，用于涂层以及长度和形状的精确测量。

Definition

利用薄层表面反射波之间或干涉仪中光束之间的干涉，产生条纹图案，其变化能高精度地揭示光程差。

Scope

本主题涵盖了由薄膜中的振幅分割和干涉仪产生的干涉。它包括肥皂膜和油膜的颜色、单层膜中相长和相消干涉的条件、减反射和高反射多层涂层，以及迈克尔逊、马赫-曾德尔、萨格纳克和法布里-珀罗干涉仪的原理。它阐述了干涉仪如何将光程的微小变化转化为条纹的移动，用于计量学、光谱学以及位移和折射率的传感。

Core questions

• 肥皂泡等薄膜中看到的颜色是由什么决定的？
• 多层涂层如何抑制或增强反射？
• 干涉仪如何将光程变化转化为可测量的条纹位移？
• 常见的干涉仪配置有何区别？

Key concepts

• 薄膜干涉
• 减反射涂层
• 反射相变
• 迈克尔逊干涉仪
• 马赫-曾德尔干涉仪
• 法布里-珀罗标准具
• 条纹位移
• 光学计量学

Key theories

薄膜干涉

从薄层前后表面反射的光发生干涉；光程差，包括反射时的相变，决定了哪些波长得到增强，从而产生特征颜色并构成光学涂层的基础。

干涉测量

干涉仪将光分成两条路径并重新组合，因此其中一条路径的微小波长分数变化会使条纹发生可测量的位移，从而实现位移、表面和折射率的计量。

Clinical relevance

减反射涂层提高了显微镜、内窥镜和眼镜镜片的透射率，而干涉测量方法能够精确测量角膜地形和轴向眼长，这些数据用于白内障手术规划。

History

牛顿研究了以他名字命名的薄膜彩色环，尽管他是在其微粒框架内解释它们的。波动解释源于杨和菲涅尔，而迈克尔逊在19世纪80年代发明的干涉仪，用于迈克尔逊-莫雷实验，后来用于定义米，确立了干涉测量作为一种精密工具。

Key figures

• Albert A. Michelson
• Ludwig Mach
• Isaac Newton

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

为什么水面上的薄油膜会呈现彩虹色？

光从薄膜的顶部和底部反射并发生干涉；光程差取决于薄膜厚度和观察角度，因此不同波长在不同位置得到增强，产生移动的彩色条纹。

减反射涂层是如何工作的？

厚度为四分之一波长且折射率居中的涂层使其两个表面的反射发生相消干涉，从而抵消大部分反射光并增加透射率。