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應(yīng)用薄膜干涉原理進(jìn)行光譜分析,1,?PART1:薄膜干涉原理及相關(guān)應(yīng)用 ?PART2:光譜分析簡(jiǎn)介及光譜分析的基本方法 ?PART3:應(yīng)用薄膜干涉進(jìn)行光譜分析,2,由薄膜產(chǎn)生的干涉稱為薄膜干涉。 薄膜可以是透明固體、液體或由兩塊玻璃所夾的氣體薄層。 入射光經(jīng)薄膜上表面反射后得第一束光，折射光經(jīng)薄膜下表面反射，又經(jīng)上表面折射后得第二束光，這兩束光在薄膜的同側(cè)，由同一入射振動(dòng)分出，是相干光，屬分振幅干涉。 若光源為擴(kuò)展光源（面光源），則只能在兩相干光束的特定重疊區(qū)才能觀察到干涉，故屬定域干涉。對(duì)兩表面互相平行的平面薄膜，干涉條紋定域在無窮遠(yuǎn)，通常借助于會(huì)聚透鏡在其像方焦面內(nèi)觀察；對(duì)楔形薄膜，干涉條紋定域在薄膜附近。,薄膜干涉簡(jiǎn)介,3,等傾與等厚干涉,等厚干涉與等傾干涉雖說都是薄膜干涉，但卻有所不同。等厚干涉條紋是由同一方向的入射光在厚度不均勻的薄膜上產(chǎn)生的干涉條紋； 等傾干涉條紋則是擴(kuò)展光源上的各個(gè)發(fā)光點(diǎn)沿各個(gè)方向入射在均勻厚度的薄膜上產(chǎn)生的條紋。,4,等傾干涉,在等傾干涉的情況下薄膜是均勻的，光線以傾角i入射，上下兩條反射光線經(jīng)過透鏡作用匯聚一起，形成干涉。 由于入射角相同的光經(jīng)薄膜兩表面反射形成的反射光在相遇點(diǎn)有相同的光程差，也就是說，凡入射角相同的就形成同一條紋。,雙光束干涉,相長(zhǎng)干涉： 相消干涉：,可以通過控制薄膜厚度來控制兩個(gè)出射光線的光程差實(shí)現(xiàn)相長(zhǎng)或相消干涉。 應(yīng)用：增透膜、增反膜。,5,等厚干涉,等厚干涉是由平行光入射到厚度變化均勻、折射率均勻的薄膜上、下表面而形成的干涉條紋。薄膜厚度相同的地方形成同條干涉條紋，故稱等厚干涉。（牛頓環(huán)和楔形平板干涉都屬等厚干涉。）,牛頓環(huán),楔形平板干涉,6,簡(jiǎn)介： 電磁輻射與物質(zhì)相互作用引起光的吸收、反射和散射，通過研究這些現(xiàn)象的規(guī)律從而進(jìn)行物質(zhì)的分析，稱為光譜分析。 主要的光譜分析方法有：原子發(fā)射光譜法，原子吸收光譜法，紫外可見吸收光譜法和紅外光譜法。,光譜分析,7,由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)物質(zhì)的光譜來鑒別物質(zhì)及確定它的化學(xué)組成和相對(duì)含量。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏，迅速。歷史上曾通過光譜分析發(fā)現(xiàn)了許多新元素，如銣，銫，氦等。根據(jù)分析原理光譜分析可分為發(fā)射光譜分析與吸收光譜分析二種。,光譜分析的原理,8,原子發(fā)射光譜法： 利用被激發(fā)原子發(fā)出的輻射線形成的光譜與標(biāo)準(zhǔn)光譜比較，識(shí)別物質(zhì)中含有何種物質(zhì)的分析方法。用電弧、火花等為激發(fā)源，使氣態(tài)原子或離子受激發(fā)后發(fā)射出紫外和可見區(qū)域的輻射。某種元素原子只能產(chǎn)生某些波長(zhǎng)的譜線，根據(jù)光譜圖中是否出現(xiàn)某些特征譜線，可判斷是否存在某種元素。根據(jù)特征譜線的強(qiáng)度，可測(cè)定某種元素的含量。一次檢驗(yàn)可把被檢物質(zhì)中的元素全部在圖譜上顯現(xiàn)出來，再與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較?？蓽y(cè)量元素種類有七十多種。靈敏度髙，選擇性好，分析速度快。在司法鑒定中，主要用于泥土、油漆、粉塵類物質(zhì)及其他物質(zhì)中微量金屬元素成份的定性分析。 原子吸收光譜法： 又稱原子分光光度法，是基于待測(cè)元素的基態(tài)原子蒸汽對(duì)其特征譜線的吸收，由特征譜線的特征性和譜線被減弱的程度對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行定性定量分析的一種儀器分析的方法。 紫外可見吸收光譜法： 利用某些物質(zhì)的分子吸收10～800nm光譜區(qū)的輻射來進(jìn)行分析測(cè)定的方法，這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價(jià)電子和分子軌道上的電子在電子能級(jí)間的躍遷，廣泛用于有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定。該方法具有靈敏度高、準(zhǔn)確度好、選擇性優(yōu)操作簡(jiǎn)便、分析速度好等特點(diǎn)。 紅外光譜法： 又稱“紅外分光光度分析法”，是分子吸收光譜的一種。根據(jù)不同物質(zhì)會(huì)有選擇性的吸收紅外光區(qū)的電磁輻射來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；對(duì)各種吸收紅外光的化合物的定量和定性分析的一種方法。物質(zhì)是由不斷振動(dòng)的狀態(tài)的原子構(gòu)成，這些原子振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。用紅外光照射有機(jī)物時(shí)，分子吸收紅外光會(huì)發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，每個(gè)有機(jī)物分子只吸收與其分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相一致的紅外光譜，所得到的吸收光譜通常稱為紅外吸收光譜，簡(jiǎn)稱紅外光譜“IR”，。對(duì)紅外光譜進(jìn)行分析，可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析。各個(gè)物質(zhì)的含量也將反映在紅外吸收光譜上，可根據(jù)峰位置、吸收強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。,9,薄膜干涉測(cè)量光學(xué)參數(shù),一、通過測(cè)量得到d:薄膜厚度 通過查找資料得到R：光譜反射率 光譜反射率：光譜反射率是指地物在某波段的反射通量與該波段的入射通量之比。即地物對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波會(huì)產(chǎn)生選擇性反射。因此，地物的反射率通常指的是光譜反射率。 光線入射在平行的透明薄板上時(shí)，在薄板內(nèi)將產(chǎn)生多次反射，在一些波長(zhǎng)處會(huì)出現(xiàn)相長(zhǎng)或相消干涉。如果進(jìn)行透射光譜測(cè)量，就會(huì)得到一系列條紋（薄膜干涉），由此可較準(zhǔn)確地求得折射率。 如果薄膜中存在吸收，條紋的襯度就會(huì)降低或消失，此時(shí)光譜的透射率表示為,10,薄膜干涉測(cè)量光學(xué)參數(shù),二、光垂直入射時(shí)，反射波和入射波的振幅比是 由上式可得： 經(jīng)過推導(dǎo)，得到折射率n和消光系數(shù)k的表達(dá)式,11,薄膜干涉測(cè)量光學(xué)參數(shù),三、相移θ 通過查找資料，得到相移的表達(dá)式： 上式表明，原則上在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行光譜反射率的單獨(dú)測(cè)量，能確定任何頻率的相位角。 實(shí)驗(yàn)上在有限波段測(cè)得的光譜反射率數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐馔?，然后利用上式，由?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值積分，可得到θ（ω）。,12,Q&A,13,