主题：【讨论】半波损失、增透膜原理及对分光光度计测量值的影响

看到tutm老师在论坛里提到半波损失，还有论坛里一些分光测量的吸光度值的怪异现象。特在网上搜了一下，

我认为，半波损失只是引起了光的光程的改变，如果，比色皿－－样品（参比）－－四周空气这样的嵌套结构，不符合增透膜原理，那就不会对最后的测量结果产生影响。

最初我想到了干涉滤光片的原理,网上一搜，觉得增透膜更接近此模型，不过它们的原理基本一样。

下面是我在网上看到的一篇文章，我简单编辑了一下。

原文章叫《薄膜干涉中的半波损失与薄膜厚度》地址：http://www.nbxiaoshi.net/ReadNews.asp?Newsid=2371


增透膜中的半波损失

一。基本概念



                      图1

A。所谓“半波损失"，就是当光从折射率小的光疏介质射向折射率大的光密介质时，在入射点，反射光相对于入射光有相位突变π，即在入射点反射光与入射光的相位差为π，由于相位差π与光程差λ /２相对应，它相当于反射光多走了半个波长λ /２的光程，故这种相位突变π的现象叫做半波损失。

        如图1所示为增透膜示意图，其中ｎ0、ｎ1、ｎ2分别表示空气、膜层和玻璃的折射率，如空气的折射率ｎ0＝1，ＭｇＦ2的折射率ｎ1＝1．38，冕牌玻璃的折射率ｎ2＝1．52。n0相对于n1就是光疏介质，n1相对于n2就是光疏介质。

当入射光线SA从no射入n1时，在no和n1的界面反射，由于n0<n1,在n0和n1界面发生半波损失。

B。半波损失仅存在于当光从光疏介质射向光密介质时的反射光中，折射光没有半波损失。当光从光密介质射向光疏介质时，反射光也没有半波损失。
以图1为例，光从n1射向n0，在n0和n1界面上，反射光没有半波损失。
        半波损失概念为什么很重要，是因为“它相当于反射光多走了半个波长λ /２的光程”，这是因为在光的干涉研究中，两个光线的光程不同，干涉的效果不同。以图1为例，因为光线1，2，3都在某个界面有半波损失，所以，在考虑光线1，2，3之间的干涉时，它们的光程都要再加上半个波长。
在优酷网上，有个演示半波损失的例子：http://v.youku.com/v_show/id_XNDI3MjM5MzI=.html

二。增透膜中的半波损失
        再把图1贴如下，当入射光线SＡ入射到薄膜时，由于光线在膜内的多次反射，将分裂成功率递减的1、2、3…等各条反射光线和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…等各条透射光线．若薄膜上下两面互相平行，则反射光线和透射光线将组成两平行光线组．


1．反射光组中的半波损失
        对增透膜而言ｎ0＜ｎ1＜ｎ2（如空气的折射率ｎ0＝1，ＭｇＦ2的折射率ｎ1＝1．38，冕牌玻璃的折射率ｎ2＝1．52），光线在由空气进入薄膜（光线由光疏到光密介质），和由薄膜进入玻璃时，上下两面反射均出现半波损失，即产生相位π的突变．因此，反射光组1、2、3…中由于反射引起的相位差为零（注意，这里是反射引起的相位差为零，薄膜引起的相位差是增透膜的关键）．如果相邻两反射光互相抵消（注：这里的互相抵消，由于上面提到的1,2,3功率递减，所以，我认为不会完全抵消，会变小），
则有
光程差Δ＝2ｄｎ1ｃｏｓγ＝（ｋ＋（1／2））λ0，
其中λ0为光在空气中的波长，λ１光在n1中的波长，ｄ为薄膜的厚度，γ为光在薄膜中的折射角，ｋ＝0，1，2，3…．
当光线 ＳＡ正射薄膜时，γ=０,则
Δ＝2ｄｎ1＝（ｋ＋（1／2））λ0，
ｎ１ｄ＝（ｋ＋（1／2））λ0／2，
又ｎ１＝λ0／λ１，所以薄膜厚度为
ｄ＝（（2ｋ＋1）／4）λ１，
当ｋ＝0时，ｄ＝λ１／4，
即增透膜薄膜厚度d为入射光在薄膜中波长的1／4．
        就是说，如果薄膜厚度d为入射光在薄膜中波长的1／4，那么平行的反射光线1,2,3之间会相互减弱。我认为，1，2，3一定要平行，这样1,2,3之间的光程差才不会改变。
2．透射光组中的半波损失
　    由于反射光组1、2、3…的互相抵消，就大大减少了反射光组的能量．
        同样因为ｎ0＜ｎ１＜ｎ２，所以光在薄膜中连续两次反射时，只在薄膜下表面出现半波损失，产生相位π的突变．
      直接由薄膜下表面透射的光（如光线Ⅰ）和在薄膜中连续两次反射后再透射的光（如光线Ⅱ），它们的相位差为π。
      同理可知在透射光组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…中相邻两透射光线由于反射引起的相位差均为π．
      当反射光线1、2、3…互相抵消时，透射光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…中相邻的两透射光线的光程差也为（光线正射时）：
      Δ＝2ｄｎ１，再加上相位差π或附加光程差±λ0／2（在此可取＋λ0／2），所以相邻的两透射光线将是互相加强，从而使透射光的能量也得以加强．
　  在增透膜实现增透的过程中不难发现：反射光组1、2、3…的互相抵消与透射光组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…的互相加强形成了互补效应，体现出干涉效果只是将能量重新分配，而总能量仍然守恒．

因为能量守恒，所以，反射光相互减弱的能量跑到透射光中了，不然，减弱的能量去哪里了呢？

三。增透膜原理的应用

问题1   
请问，透过率大于1，是不是测量的数据不可信啊？（地址:http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20050917/237576/）
我在玻璃上镀了一层薄膜，我想知道薄膜对可见和近紫外的吸收情况。我用没有镀膜的玻璃做了一个空白，然后再做镀了膜的。做完，我发现透过率的数据有些竟然是120%。这是什么原因啊？是不是不用普通玻璃做空白？请大侠指教。
很显然，根据增透膜原理，镀了膜，就相当于增透！
忽然想到一个很有趣的问题，普通玻璃吸收紫外线的能量，去哪里了呢？
问题2
关于UV-1800及蒸馏水的透光度(地址：http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20101115/2926364/)
单位新购一台岛津UV-1800，小弟刚接触，不太懂。该仪器为双光路，一个测量位，一个参比位。现在的问题是：我使用两个空的比色皿分别放在测量位与参比位上，对仪器进行调零，然后将测量位的比色皿装入纯水(二次蒸馏)，测量吸光度为负值，试了几个波长(440、510、710等)都是这样的。咨询安装仪器的工程师，回答说是蒸馏水的透光率比空气好，请问各位高手，是这样吗？
这里的问题，关键是“测量位的比色皿装入纯水(二次蒸馏)”中，比色皿材料和二次蒸馏水的折射率是多少？
(1)蒸馏水的折射率
据查，如在阿贝折光仪校正中提到的，“通常用测定蒸馏水折射率的方法来进行校正，即在标准温度(20℃)下折光仪应表示出折射率为1.322 99”
还在一个蒸馏水折射率对照表中，提到，蒸馏水在温度从10度到40度，折射率从1.33369变到1.33061，就是随温度升高，折射率变低。
虽然有些出入，总体上，蒸馏水的折射率时1.33左右。
（2）玻璃的折射率

[tr][td=3,1,472]

常用晶体及光学玻璃折射率表

[/td][/tr][tr][td=3,1,472]<>[/td][/tr][tr][td=1,1,162]物质名称[/td][td=1,1,159]分子式或符号[/td][td=1,1,139]折射率[/td][/tr][tr][td=1,1,162]熔凝石英[/td][td=1,1,159]SiO₂[/td][td=1,1,139]1.45843[/td][/tr][tr][td=1,1,162]氯 化 钠[/td][td=1,1,159]NaCl[/td][td=1,1,139]1.54427[/td][/tr][tr][td=1,1,162]氯 化 钾[/td][td=1,1,159]KCl[/td][td=1,1,139]1.49044[/td][/tr][tr][td=1,1,162]萤　 石[/td][td=1,1,159]CaF₂[/td][td=1,1,139]1.43381[/td][/tr][tr][td=1,3,162]冕牌玻璃[/td][td=1,1,159]K6[/td][td=1,1,139]1.51110[/td][/tr][tr][td=1,1,159]K8[/td][td=1,1,139]1.51590[/td][/tr][tr][td=1,1,159]K9[/td][td=1,1,139]1.51630[/td][/tr][tr][td=1,2,162]重冕玻璃[/td][td=1,1,159]ZK6[/td][td=1,1,139]1.61263[/td][/tr][tr][td=1,1,159]ZK8[/td][td=1,1,139]1.61400[/td][/tr][tr][td=1,1,162]钡冕玻璃[/td][td=1,1,159]BaK2[/td][td=1,1,139]1.53988[/td][/tr][tr][td=1,1,162]火石玻璃[/td][td=1,1,159]F1[/td][td=1,1,139]1.60328[/td][/tr][tr][td=1,1,162]钡火石玻璃[/td][td=1,1,159]BaF8[/td][td=1,1,139]1.62590[/td][/tr][tr][td=1,3,162]重火石玻璃[/td][td=1,1,159]ZF1[/td][td=1,1,139]1.64752[/td][/tr][tr][td=1,1,159]ZF5[/td][td=1,1,139]1.73977[/td][/tr][tr][td=1,1,159]ZF6[/td][td=1,1,139]1.75496[/td][/tr]

        这个表乱七八糟了， 总的来说，玻璃的折射率大于水的折射率，这就不符合增透膜的原理了，这里的比色皿－－样品－－四周空气模型对反射光和透射光都不会产生影响，不会出现入射光的能量再分配了。

入射光线经过的路径：空气－－比色皿玻璃－－蒸馏水－－－比色皿玻璃－－空气和空气－－比色皿玻璃－－空气－－－比色皿玻璃－－空气比较，吸光度

出现负值，那唯一可以解释的，只能像工程师说的，蒸馏水比空气的透过率大。