4.1.6. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ

Полосы равного наклона (интерференция от плоскопараллельной пластинки)

В природе часто можно наблюдать радужное окрашивание тонких пленок (масляных пленок на воде, мыльных пузырей, оксидных пленок на металлах), возникающее в результате интерференции света, отраженного двумя поверхностями пленки.

Пусть на плоскопараллельную прозрачную пластинку с показателем преломления n и толщиной d под углом q (рис. 4.4) падает плоская монохроматическая волна 1.

На поверхности пленки в точке А луч разделится на два: частично отразится от верхней поверхности пленки, а частично преломится. Преломленный луч, дойдя до точки В, частично преломится в воздух (n = 1), а частично отразится и пойдет к точке С. Волна (луч) 2, падающий под тем же углом, что и луч 1, в точку С, также отразится. Вышедшие из пленки луч 1 и отраженный 2 идут в одном направлении и являются когерентными, если их оптическая разность хода мала, по сравнению с длиной когерентности падающей волны. Если на их пути поставить собирающую линзу, то лучи сойдутся в одной из точек фокальной плоскости линзы и дадут на экране интерференционную кар­тину, которая определяется оптической разностью хода.

Оптическая разность хода, возникающая между двумя интерферирующими лучами, с учетом потери полуволны при отражении света от оптически более плотной среды в точке С равна:

.

Условия интерференционных максимумов и минимумов будут соответственно равны:

max                                      

min                                     .

На экране возникнет система чередующихся светлых и темных колец с общим центром. Описанные интерференционные полосы носят название полос равного наклона, поскольку каждая полоса образуется лучами с одинаковыми углами падения. При освещении пластинки солнечным светом интерференция наблюдается только в том случае, если толщина пластинки не превышает нескольких сотых миллиметра. При освещении светом с большей степенью когерентности (например, лазерным излучением) интерференция наблюдается при отражении и от более толстых пластинок или пленок.

Полосы равной толщины (интерференция от пластинки переменной толщины).


Кольца Ньютона

При освещении пленки (пластинки) с переменной толщиной параллельным пучком света на ее поверхности возникает система интерференционных полос. Каждая из полос возникает за счет отражения от мест пластинки, имеющих одинаковую толщину (в общем случае толщина пластинки может изменяться произвольно). Интерференционные полосы, возникающие в результате интерференции от мест одинаковой толщины, называются полосами равной толщины. Примером полос равной толщины

являются кольца Ньютона. Кольца Ньютона наблюдаются при отражении света от соприкасающихся друг с другом плоскопараллельной толстой стеклянной пластинки и плоско-выпуклой линзы с большим радиусом кривизны (рис. 4.5). Роль тонкой пленки, от поверхностей которой отражаются когерентные волны, играет воздушный зазор (c изменяющейся толщиной b) между пластиной и линзой. При нормальном падении света полосы равной толщины имеют вид концентрических окружностей, при наклонном падении – эллипсов.

Радиусы светлых и темных колец Ньютона найдем по формуле:

,        m =1, 2, 3

Четным m соответствуют радиусы светлых колец, нечетным m – радиусы темных колец. Значению m = 1 соответствует r = 0, т.е. точка в месте касания пластинки и линзы. В этой точке наблюдается минимум интенсивности, обусловленный изменением фазы на p при отражении световой волны от пластинки.

Полосы равной толщины могут наблюдаться также в клинообразной пластинке. Тогда интерференционные полосы параллельны ребру клина.

Просветление оптики

Интерференция при отражении от тонких пленок лежит в основе просветления оптики. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы сопровождается отражением примерно 4 % падающего света. В сложных объективах такие отражения совершаются многократно, и суммарная потеря светового потока достигает заметной величины. Отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов. В просветленной оптике для устранения отражения света на каждую свободную поверхность линзы наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления иным, чем у линзы. Толщина пленки подбирается так, чтобы волны, отраженные от обеих ее поверхностей, погашали друг друга.  Особенно хороший результат достигается, если показатель преломления пленки равен корню квадратному из показателя преломления линзы. При этом условии интенсивность обеих отраженных от поверхностей пленки волн одинакова.