動態(tài)展示增透膜的增透特性_第1頁
動態(tài)展示增透膜的增透特性_第2頁
動態(tài)展示增透膜的增透特性_第3頁
動態(tài)展示增透膜的增透特性_第4頁
全文預(yù)覽已結(jié)束

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

/動態(tài)顯示增透膜的“增透"特性郭軍(貴州大學(xué)理學(xué)院,貴州貴陽550025)摘要:設(shè)計了一種簡易的模擬實(shí)驗(yàn)裝置,可以動態(tài)顯示單層增透膜的“增透”特性,以及膜層的厚度變化對增透效果的影響.關(guān)鍵詞:增透膜,動態(tài)顯示增透膜是薄膜干涉理論的一個具體應(yīng)用,其“增透”特性可以從菲涅耳公式出發(fā)在理論上給予證明[1]。但是直觀地展示增透膜“增透”特性的實(shí)驗(yàn)裝置卻少有報道,從教學(xué)上講這無疑是一個缺欠。本文設(shè)計的簡易模擬實(shí)驗(yàn)裝置,既能夠方便地添加或去除增透膜,又能夠動態(tài)地展示單層增透膜的“增透”效果,如果將該裝置用在實(shí)驗(yàn)上或課堂演示上,還可以在一定程度上起到輔助教學(xué)的作用。1模擬實(shí)驗(yàn)裝置介紹光學(xué)鏡頭接收的光大多是相干長度較短的自然光,為了滿足薄膜干涉的條件增透膜的厚度就只能控制在10-1μm量級以下。但如果采用相干長度約為0.58mm的鈉光[2]作光源,薄膜的厚度就可適當(dāng)增加而不會影響薄膜干涉的條件?;谏鲜隹紤]本文設(shè)計了圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置;取一塊8mm厚的光學(xué)平玻璃片()作基板,將其周邊圍起來做成簡易的、高度很小的容器。在容器中滴入少量乙醇構(gòu)成厚度約0.2~0。3mm左右的薄層來充當(dāng)“增透膜"。平行光管輸出的平行鈉光經(jīng)過乙醇薄層垂直入射到玻璃基板上,這就相當(dāng)于經(jīng)過增透膜進(jìn)入光學(xué)鏡頭。由于鈉光的相干長度有限,所以8mm厚的玻璃基板是不會對鈉光產(chǎn)生薄膜干涉效應(yīng)的。透射的光能量用硅光電池來接收,其受光面積約為10mm2,入射平行光的光斑要能夠完全覆蓋硅光電池的受光面.硅光電池輸出的光電流用國產(chǎn)R—1000型有紙記錄儀來采集,兩者之間用我們自制的前置放大器作電路連接,以滿足電流增益和阻抗匹配的要求。本實(shí)驗(yàn)裝置選用乙醇來構(gòu)建薄膜的原因是基于以下兩點(diǎn)考慮:=1\*GB3①乙醇無色透明,它的折射率()與常用的增透膜材料氟化鎂的折射率()很接近,能夠最大限度地模擬實(shí)際增透膜的光學(xué)特性。=2\*GB3②乙醇在室溫下可自然篜發(fā)而引起“膜厚”連續(xù)變薄,在此過程中乙醇膜會周期性地扮演λ/4膜層或λ/2膜層的角色,薄膜的“增收稿日期:修回日期:作者簡介:郭軍(1952.07),男,貴州省貴陽市人,貴州大學(xué)理學(xué)院副教授.主要從事光學(xué)方面的教學(xué)工作。透”效果就可以動態(tài)地重復(fù)顯現(xiàn)。2乙醇膜增透特性的簡要分析入射光在乙醇薄膜中會產(chǎn)生多次反射和折射,由此形成多束相干的反射光a1、a2、a3……和多束相干的透射光a1'、a2’、a3'……等,如圖2所示;其中n1是乙醇的折射率,n2是玻璃基板的折射率。設(shè)入射光的振幅A=1,理論計算表明薄膜對入射光能量的總反射率為(1)忽略乙醇薄膜對入射光能量的吸收,根據(jù)能量守恒定律,薄膜對入射光能量的總透射率為:(2)式中r01和r12分別是薄膜上下表面的振幅反射系數(shù),經(jīng)過適當(dāng)?shù)膿Q算,式(2)可以改寫成[4]:(3)式中的δ是由薄膜折射率和厚度造成的相鄰兩條反射光線之間的位相差:(4)對于本文設(shè)計的實(shí)驗(yàn)裝置,鈉光是正入射到乙醇薄膜上,式(4)可簡化為:(5)在乙醇薄膜連續(xù)變薄的過程中,設(shè)t1時刻薄膜變化成λ/4膜層(n1d=λ/4的奇數(shù)倍),則由(5)式可知δ=π,代入(3)式并化簡得:(6)相應(yīng)地,乙醇薄膜的總透射率為:(7)將本實(shí)驗(yàn)裝置的參數(shù),,代入(7)式算得:.這是乙醇薄膜總透射率在理論上為最大值的情況。按照相同的思路,設(shè)t2時刻薄膜變化成λ/2膜層(n1d=λ/2的整數(shù)倍),則由(5)式可知δ=2π,代入(3)式并由(7)式的換算關(guān)系可得乙醇薄膜的總透射率為:(8)式(8)中沒有出現(xiàn)n1,表明此時的乙醇薄膜未起增透作用(稱為虛層),等價于沒有增透膜的情形.代入本實(shí)驗(yàn)裝置的折射率參數(shù)可算得:.這是乙醇薄膜總透射率在理論上為最小值的情況。顯然,乙醇薄膜的厚度在連續(xù)變薄過程中,入射光能量的總透射率應(yīng)當(dāng)在99%與96%之間周期性地連續(xù)變化。3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析利用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置,在未滴入乙醇介質(zhì)之前調(diào)節(jié)前置放大器的電流增益,將記錄儀的顯示值定在30,此時記錄儀顯示的光電流為(30×10—4)=3.0mA,并以此作為無增透膜時的透射光強(qiáng)參考值。然后滴入適量乙醇以形成厚度約0。2~0.3mm左右的乙醇“薄膜”,在室溫為22℃條件下,記錄的光電流變化數(shù)據(jù)從圖中記錄的電流變化曲線可知:透射光強(qiáng)的平均變化周期約為3分鐘,最大透射光強(qiáng)產(chǎn)生的光電流在4.0mA左右,相當(dāng)于λ/4膜層的情形。最小透射光強(qiáng)產(chǎn)生的光電流在3。0mA左右,相當(dāng)于λ/2膜層的情形。整個曲線的周期性變化確實(shí)能夠定性展示單層增透膜的“增透”效果.需要說明的是:記錄儀給出的實(shí)驗(yàn)曲線其變化幅度是可以調(diào)整的,因?yàn)橥干涔鈴?qiáng)的大小取決于鈉光源的輻射強(qiáng)度、硅光電池的受光面積、前置放大器的電流增益以及記錄儀的通道靈敏度等,任一參數(shù)的改變都會影響實(shí)驗(yàn)曲線的變化幅度,因此要嚴(yán)格地定量計算乙醇薄膜的總透射率T與實(shí)驗(yàn)曲線變化幅度之間的比例關(guān)系是有點(diǎn)難度的。本文不打算作這樣的定量計算,因?yàn)橥干涔鈴?qiáng)的大小是“相對"的,而我們只關(guān)心它的變化情況??偟膩碇v該模擬實(shí)驗(yàn)裝置還是很好地展示了單層增透膜的“增透”特性,如果將它作為課堂上的演示教具用于光學(xué)增透膜的理論教學(xué),可以預(yù)見是能夠起到一定教學(xué)效果的。參考文獻(xiàn):(1)盧進(jìn)軍,劉衛(wèi)國.光學(xué)薄膜技術(shù)[M]西安,西北工業(yè)大學(xué)出版社,2005:2~9。(2)張登玉.光學(xué)[M]南京,南京大學(xué)出版社,2002:121。(3)章志鳴,沈元華,陳惠芬.光學(xué)[M]北京,高等教育出版社,1995,110—114。(4)辛寓答.影響增透膜透射光強(qiáng)的因素[J]丹東紡專學(xué)報,2000年第7卷1期:12~13.DynamicdisplaythecharacteristicsofARcoatingsGUOJun(InstituteofPhysicsGUIZHOUUniversity,GUIZHOUGUIYANG550025)Abstract:Designedasimplesimulationdevice。Candynamicallydisplaythecharacteristicsofsingle-

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論