一、光的干涉現(xiàn)象

1、干涉的發(fā)現(xiàn)

干涉是常見的物理現(xiàn)象。光的干涉是指兩列或幾列光波在空間相遇時相互疊加，在某些區(qū)域始終加強，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強弱分布的現(xiàn)象。光的干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象。1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊(1773-1829)在實驗室里成功地觀察到了光的干涉，證實了光具有波動性。

2、干涉條紋

在各種干涉條紋中，等傾干涉條紋和等厚干涉條紋是比較典型的兩種。以上假定光源發(fā)出的是單色光（或者用濾光片從光源所發(fā)的許多波長的光中取出某一單色光）。當(dāng)光源發(fā)出的許多波長的光皆發(fā)生干涉時，會形成彩色干涉條紋（見白光條紋）。

二、光干涉分類

光的干涉可分為雙光波干涉、多光波干涉、偏振光的干涉

1、雙光波干涉

即兩個成員波的干涉。楊氏雙孔和雙縫干涉、菲涅耳雙鏡干涉及牛頓環(huán)等屬于此類。雙光波干涉形成的明暗條紋都不是細(xì)銳的，而是光強分布作正弦式的變化，這就是雙光波干涉的特征。多光波干涉則可形成細(xì)銳的條紋。

2、多光波干涉

即多于兩個成員波的干涉。陸末-格爾克片干涉屬于此類。圖中A為平行平板玻璃，

一端開有傾斜的入射窗BC。從S發(fā)出的源波經(jīng)BC進(jìn)入玻璃片后在其上、下表面間多次反射。每次在上表面反射時，皆同時有一波折射入空氣中。所有各次折射入空氣中的波就是從同一源波按分振幅方式造成的一組成員波。在透鏡L 的焦平面Π上觀測干涉條紋。相鄰兩波在P點的位相差為式中λ 為光波在真空中的波長，n為玻璃的折射率，t為玻璃片厚度，β 為玻璃片內(nèi)的光程輔助線與表面法線的夾角。在接收面光強分布的條紋十分細(xì)銳，這是多光波干涉的特征。

三、偏振光的干涉

在以上所舉的干涉中，各成員波在考察點處可認(rèn)為偏振方向大體一致。當(dāng)參與干涉的兩個成員波的偏振面夾有一定角（例如 90°）時，如何產(chǎn)生干涉見偏振光的干涉。

1、相干光波產(chǎn)生方法

由一般光源獲得一組相干光波的辦法是，借助于一定的光學(xué)裝置（干涉裝置）將一個光源發(fā)出的光波（源波）分為若干個波。由于這些波來自同一源波，所以，當(dāng)源波的初位相改變時，各成員波的初位相都隨之作相同的改變，從而它們之間的位相差保持不變。同時，各成員波的偏振方向亦與源波一致，因而在考察點它們的偏振方向也大體相同。一般的干涉裝置又可使各成員波的振幅不太懸殊。

于是，當(dāng)光源發(fā)出單一頻率的光時，上述四個條件皆能滿足，從而出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。當(dāng)光源發(fā)出許多頻率成分時，每一單頻成分（對應(yīng)于一定的顏色）會產(chǎn)生相應(yīng)的一組條紋，這些條紋交疊起來就呈現(xiàn)彩色條紋。

托馬斯·楊當(dāng)年獲取相干光的方法是：利用在雙孔之前加一小孔S，根據(jù)惠更斯原理，經(jīng)小孔S衍射的光成為一球面波，從而獲得相干光。目前一般采用相干性很好的激光來進(jìn)行實驗，不需要小孔S，直接將激光照射在雙孔上即可獲得干涉圖樣。

2、分振幅法

當(dāng)一束光投射到兩種透明媒質(zhì)的分界面上，光能一部分反射，另一部分折射。這方法叫做分振幅法。最簡單的分振幅干涉裝置是薄膜，它是利用透明薄膜的上下表面對入射光的依次反射，由這些反射光波在空間相遇而形成的干涉現(xiàn)象。由于薄膜的上下表面的反射光來自同一入射光的兩部分，只是經(jīng)歷不同的路徑而有恒定的相位差，因此它們是相干光。另一種重要的分振幅干涉裝置，是邁克耳孫干涉儀。

3、分波陣面法

分波陣面法是將點光源的波陣面分割為兩部分，使之分別通過兩個光具組，經(jīng)反射、折射或衍射后交迭起來，在一定區(qū)域形成干涉。由于波陣面上任一部分都可看作新光源，而且同一波陣面的各個部分有相同的位相，所以這些被分離出來的部分波陣面可作為初相位相同的光源，不論點光源的位相改變得如何快，這些光源的初相位差卻是恒定的。楊氏雙縫、菲涅耳雙面鏡和洛埃鏡等都是這類分波陣面干涉裝置。

四、光的干涉的應(yīng)用

可以光的干涉應(yīng)用到需要的地方

1、利用干涉現(xiàn)象還可以檢測加工過程中工件表面的幾何形狀與設(shè)計要求之間的微小差異。

比如要加工一個平面時，則可首先用精密工藝制造一個精度很高的平面玻璃板（樣板）。使樣板的平面與待測件的表面接觸，于是此二表面間形成一層空氣薄膜。若待測表面確是很好的平面，則空氣膜到處等厚或者是規(guī)則的楔形。當(dāng)光照射時，薄膜形成的干涉光強呈一片均勻或是平行、等間隔的直條紋。如果待測表面在某些局域偏離了平面，則此處的干涉光強與別處不同或者干涉條紋在該處呈現(xiàn)彎曲。從條紋變異的情況可以推知待測表面偏離平面的情況。偏離量為波長的若干分之一是很容易觀察得到的。

2、根據(jù)干涉原理可以進(jìn)行長度的精密計量。

例如用邁克耳孫干涉儀校準(zhǔn)塊規(guī)的長度。其方法如下，用單色性很好的激光束（波長為 λ）作為光源，并在邁克耳孫干涉儀的可動鏡臂上裝有精密的觸頭，先使觸頭接觸塊規(guī)的一端，然后撤去塊規(guī)，令可動鏡移動。這時，每移動λ/2，兩臂中光路的光程差就增加λ，從而置于干涉視場中心的檢測器就輸出一次強弱變化，使記數(shù)器的數(shù)字增加1。直到觸頭接觸基面（塊規(guī)的另一端面原來放在基面上）為止。若記數(shù)器總共增加的數(shù)為n，則測得塊規(guī)的長度為。

精密的裝置可以把n精確到±0.1以下，于是測量長度的誤差不超過±λ/20。

什么是干涉光刻

干涉光刻，是一種無需用到復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)或光掩膜而制備精細(xì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。作為一項比較可靠的圖形產(chǎn)生技術(shù)，干涉光刻不但在CD控制方面具有很好的表現(xiàn)，而且其工藝寬容度與傳統(tǒng)一般相比也較大，還能夠產(chǎn)生具有陡的側(cè)壁、大的深寬比和深亞微米尺寸的抗蝕劑結(jié)構(gòu)陣列圖形，這樣的形狀結(jié)構(gòu)在圖形轉(zhuǎn)移和器件制造過程當(dāng)中都能夠有非常高效的得到利用。

與其他的一般技術(shù)相比較，在大視場內(nèi)，干涉光刻能夠非常有效的使每個地方都達(dá)到深亞微米、甚至納米級的較高分辨率，而且還具有無限的焦深，這些優(yōu)點都與制作場發(fā)射顯示器的要求相符合。

干涉光刻技術(shù)原理

干涉光刻技術(shù)（或全息光刻技術(shù)）的基本原理與干涉測量法或全息法的原理相似。

兩個及以上的相干光波構(gòu)成的一個干涉圖樣被建立起來并在一個記錄層被記錄（光刻膠）。這個干涉圖樣由周期性序列的條紋組成，這些條紋分別代表最大強度及最小強度。在曝光后的光刻處理過程中，與此強度周期性變化圖樣相對應(yīng)的光刻膠圖樣就此出現(xiàn)。

對于兩束光波干涉，條紋間距或周期由(λ/2)/sin(θ/2)給出，其中λ為波長、θ為兩束相干光波之間的夾角。從而，能夠達(dá)到的最小周期為波長的一半。通過利用三束干涉光波，具有六邊形對稱結(jié)構(gòu)的陣列能夠被制成；而利用四束光波，具有矩形對稱結(jié)構(gòu)的陣列能夠被制成。從而，通過疊加不同光束組合，不同的結(jié)構(gòu)便得以制備出來。

干涉光刻條件要求

要使干涉光刻法能夠順利進(jìn)行，相干性的要求必須滿足。

首先，必須使用空間相干光源。這實際上是一個結(jié)合了準(zhǔn)直透鏡的點光源。激光或同步加速器光束也經(jīng)常被使用以保證在分束前得到統(tǒng)一的波振面。

其次，應(yīng)優(yōu)先考慮單色的或時域相干的光源。這可直接通過激光實現(xiàn)，但采用寬帶寬的光源時需增加濾光片。如果分束器為衍射光柵則對于單色行的要求可以被忽略，原因為不同的波長將被衍射至不同的角度但最終還是會聚集到一起。但即使在這種情況下，空間相干性以及正入射仍然為必要條件。

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薄膜干涉是什么呢

顧名思義，薄膜干涉是由薄膜產(chǎn)生的干涉，它是干涉中的一種類型，屬于等厚干涉的一種，一般多數(shù)屬于分振幅的干涉類型。薄膜干涉擁有平行等間距的圖樣，并且會隨著膜的厚度的增加或減少而平移。在光學(xué)中，有薄膜光學(xué)這一分支，這里是用矩陣來研究多光束的薄膜干涉。

薄膜再薄也有厚度。由于薄膜前后膜到光源距離不同，如果前后膜差了（2k+1）個波長，就會出現(xiàn)最明顯的干涉。如果是白光，就會出現(xiàn)七彩的條紋。

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)，由同一入射振動分出，是相干光，屬分振幅干涉。若光源為擴展光源（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)，通常借助于會聚透鏡在其像方焦面內(nèi)觀察；對楔形薄膜，干涉條紋定域在薄膜附近。

薄膜干涉的光程差公式

薄膜干涉中兩相干光的光程差公式為    Δ=2ndcos(θt) ± λ/2

式中n為薄膜的折射率；d為入射點的薄膜厚度；θt為薄膜內(nèi)的折射角；±λ/2 是由于兩束相干光在性質(zhì)不同的兩個界面（一個是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差。

薄膜干涉分類

簡單一些的薄膜干涉有兩種，等厚干涉和等傾干涉。此外還有劈尖干涉。

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。薄膜光程差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。

等傾干涉

當(dāng)不同傾角的光入射到折射率均勻，上、下表面平行的薄膜上時，同一傾角的光經(jīng)上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一條干涉條紋，不同的干涉明紋或片間的空氣層就形成空氣薄膜。用水銀燈或納燈作為光源，就可以觀察到薄膜干涉現(xiàn)象。這種情況暗紋對應(yīng)不同的傾角，這種干涉稱做等傾干涉。等傾干涉一般

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對光的干涉相信大家都知道，如果說單色光的干涉大家很容易理解，而白光是混合色光，為什么白光也能夠干涉呢，白光的干涉原理是什么呢，且往下看。

什么條件下會發(fā)生光的干涉

光的干涉條件，準(zhǔn)確的說，應(yīng)該是兩列相干光可以發(fā)生干涉，任何一個光束都不可能是絕對的單色光，也可說絕對不可能只有單一頻率。所以，任何一個光源只要滿足時間相干性，都可以發(fā)生干涉，比如一束光的波長是600nm-601nm，另外一束光是600.5nm-601.5nm，他們的頻率成分當(dāng)中（頻率就是光速除以波長）有相同的部分，如果滿足時間相干性，也就是相干頻率大于他們直接的頻率差就可以干涉！另外就是滿足空間相干性，任何一個光源，可以是光源上不同兩個地方發(fā)出的光線，只要這兩個發(fā)光的部分的長度小于空間相干長度，就也可以發(fā)生干涉！

關(guān)于相位差恒定，也是不必要條件，只要大致穩(wěn)定就行，舉例說明：比如，雙縫干涉，當(dāng)屏幕不動的時候，光程差是恒定的，也可以說是相位差是恒定的，當(dāng)光屏向后或者向前移動的時候，相位差肯定會變，條紋間距也會變，變寬或者變窄，但是干涉圖樣始終存在，說明相位差變化了，只能使得干涉圖樣發(fā)生波動，但是不穩(wěn)定的相位差一樣可以發(fā)生干涉！

震動方向一致也是非必要條件，只要震動方向不垂直，兩個互成角度的震動，可以向力的分解那樣，把震動分為一致方向和垂直方向，一致方向的分量依然可以和另外一個震動發(fā)生干涉，只不過干涉圖樣的明暗對比度會下降，而只要當(dāng)完全垂直的時候，對比度才下降為零，才可以認(rèn)為是不干涉了。

綜上所述：頻率相同，位相差恒定，振動方向一致的相干光源是發(fā)生“穩(wěn)定”干涉的條件，而非發(fā)生干涉的條件！

發(fā)生干涉的條件應(yīng)該是：

1、相位差變化頻率遠(yuǎn)小于光頻率

2、頻率近似相同，并滿足時間相干性

3、震動方向不能垂直，并且偏離角度使得干涉圖樣對比度滿足瑞利判據(jù)！

所以說，白光，只要是自己頻率成分當(dāng)中相接近的部分，比如白光中的紅色頻率成分和自己的紅色頻率成分

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什么是激光干涉儀，激光干涉儀原理

激光干涉儀是以干涉測量法為原理，利用激光作為長度基準(zhǔn)，對數(shù)控設(shè)備（加工中心、三坐標(biāo)測量機等）的位置精度（定位精度、重復(fù)定位精度等）、幾何精度（俯仰扭擺角度、直線度、垂直度等）進(jìn)行精密測量的精密測量儀器。

激光具有高度方向性、高強度、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點。目前常用來測量長度的干涉儀，主要是以邁克爾遜干涉儀為主，并以穩(wěn)頻氦氖激光為光源，構(gòu)成一個具有干涉作用的測量系統(tǒng)。激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來作線性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等測量工作，并可作為精密工具機或測量儀器的校正工作。

激光具有三個重要的特性：①波長短②波長穩(wěn)定③具有干涉性。

激光干涉儀原理圖

一個角錐反射鏡緊緊固定在分光鏡上，形成固定長度參考光束。另一個角錐反射鏡相對于分光鏡移動，形成變化長度測量光束。

從激光頭射出的激光光束①具有單一頻率，標(biāo)稱波長為633nm，長期波長穩(wěn)定性（真空中）優(yōu)于0.05ppm。當(dāng)此光束到達(dá)偏振分光鏡時，被分成兩束光——反射光束②和透射光束③。這兩束光被傳送到各自的角錐反射鏡中，然后反射回分光鏡中，在嵌于激光頭中的探測器中形成干涉光束④。

如果兩光程差不變化，探測器將在相長干涉和相消干涉的兩端之間的某個位置觀察到一個穩(wěn)定的信號。

如果兩光程差發(fā)生變化，每次光路變化時探測器都能觀察到相長干涉和相消干涉兩端之間的信號變化。這些變化（條紋）被數(shù)出來，用于計算兩光程差的變化。測量的長度等于條紋數(shù)乘以激光波長的一半。

激光干涉儀分類

激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。

單頻激光干涉儀

從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計

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