Интерференция в тонких пленка. Кривые равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона

Интерференция света в тонких плёнках. Интерференция в тонкой плёнке. Альфа — угол падения, бета — угол преломления, жёлтый луч отстанет от оранжевого, они сводятся глазом в один и интерферируют.

Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга[1]. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной d\!, отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при d={\lambda \over 4}, где \lambda — длина волны. Если \lambda=550 нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм. нтерференция света на мыльном пузыре

Лучи соседних участков спектра по обе стороны от \lambda=550 нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей

\Delta L = L2-L1 = k\lambda — условие максимума;

\Delta L = L2-L1 = (2k+1)*\lambda/2 — условие минимума,

где k=0,1,2… и L_{1,2} — оптическая длина пути первого и второго луча, соответственно. Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.

При падении светового пучка на тонкую пленку под углом α происходит его разделение на две волны, направления которых обозначены лучами 1 и 2 (рис.16.9). Волна 1 отражается от верхней границы пленки, волна 2 преломляется, отражается он нижней границы пленки, преломляется на верхней границе пленки и выходит из пленки. Эти волны являются когерентными волнами, которые образуются из одной первичной волны и проходят разный оптический путь. При наложении этих волн они интерферируют и результат интерференции зависит от оптической разности хода этих волн. Если на пленку падает белый свет, состоящий из световых волн разной длины волны, то условию максимума (16.6) при интерференции будут удовлетворять только волны какой- то определенной длины. Поэтому на поверхности пленки под разными углами зрения будут наблюдаться разноцветные радужные полосы. Эти полосы называются полосами равного наклона.

Если свет падает на пленку с переменной толщиной и отражается от нее (рис.16.10), то условие максимума (16.6) при интерференции лучей 1 и 2 будет выполняться только для определенных толщин d пленки. На поверхности пленки образуются яркие полосы, под которыми толщина пленки удовлетворяет условию максимума (16.6). Эти полосы называются полосами равной толщины. Если на пленку падает белый свет, то полосы будут иметь радужную окраску.

Интерференционная картина возникает при отражении света от стеклянной пластины и положенной на нее плосковыпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны R (рис.16.11). В этом случае накладываются лучи 1 и 2, отраженные от двух границ тонкой прослойки воздуха между линзой и пластинкой. Если толщина воздушной прослойки d удовлетворяет условию максимума (16.6), то лучи при интерференции усиливают друг друга, на расстоянии rk от оси симметрии возникает светлое пятно. Ясно, что все светлые пятна, под которыми толщина воздушной прослойки равна d, находятся на окружности радиуса rk и образуют в отраженном свете светлое кольцо радиуса rk. Таких светлых колец будет много, каждому из них соответствует различные толщины воздушного зазора, при которых выполняется условие максимума (16.6). Эти кольца являются полосами равной толщины и получили название колец Ньютона. Радиусы колец Ньютона зависят от длины волны света λ0, показателя преломления n среды, заполняющей зазор (для воздуха n =1), от радиуса кривизны R линзы и от номера k кольца:

, k = 1, 2, 3, …. (16.9)