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]SiO
2[/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]CaF
2[/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。