Интерференция в тонких пленках

В природе часто можно наблюдать радужное окрашивание тонких пленок (масляные пленки на воде, мыльные пузыри, оксидные пленки на металлах), возникающее в результате интерференции света, отраженного двумя поверхностями пленки (верхней и нижней).

Пусть на плоскопараллельную прозрачную пленку с показателем преломления n и толщиной d падает под углом падения (рис. 5.1) плоская монохроматическая волна.

Рис 5.1

На поверхности пленки в точке О луч разделится на два: луч 1 частично отражается от верхней поверхности пленки, луч 2, пройдя в пленку, отразится от нижней поверхности, и преломившись на верхней поверхности, выходит в первую среду.

Оптическая разность хода, возникающая между лучами 1 и 2:

= 2 OB n. – OD. (5.5)

Отражение луча 1 происходит от среды оптически более плотной (n>1), поэтому фаза отражённой волны меняется на , что равносильно потере полуволны – .

Т.е окончательно оптическая разность хода между лучами 1 и 2

= 2 OB·n. – (OD – ). (5.6)

Из рисунка OB= , (5.7)

OD= . Если учесть, что , то получим

. (5.8)

При подстановке (5.7) и (5.8) в (5.6) Получим

. (5.9)

Интерференция будет наблюдаться, если выполняются условия временной и пространственной когерентности. Для того, чтобы имела место временная когерентность, разность хода не должна превышать длину когерентности, равную . Расчёт показал, что для и толщина плёнки должна быть не более d мм.

Условие пространственной когерентности для лучей 1 и 2 будет выполнено, если DС – расстояние между лучами по фронту волны меньше радиуса когерентности ~ , -угол, под которым виден источник света из точки наблюдения.

Таким образом, интерференция в тонких плёнках будет наблюдаться при освещении солнечным светом, если толщина плёнки d<0,05мм.

При нормальном падении света и из (5.9) следует, что .

Если выполнены условия временной и пространственной когерентности, то

при , где m=1,2,3… плёнка будет иметь светлую поверхность, окрашенную в цвет, соответствующий длине волны;

при , где m=0,1,2… поверхность плёнки будет темной.

Если толщина будет плавно меняться, то интерференционная картина будет представлена в виде чередующихся светлых и тёмных полос, называемых полосами равной толщины, т.к. каждая полоса проходит по местам одинаковой толщины пленки.

Примером интерференции в тонкой пленке переменной толщины является возникновение колец Ньютона, изучаемых в лабораторной работе №32.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называют интерференцией света? Чем отличается интерференция света от простого сложения световых волн?

2. Что такое когерентные источники света, когерентные волны?

3. Что называют оптической разностью хода? Как оптическая разность хода связана с разностью фаз интерферирующих волн?

4. Как формулируется условие наибольшего усиления (максимума) и наибольшего ослабления (минимума) волн?

5. Как записать применительно к тонкой пластинке, находящейся в воздухе, условия максимума и минимума интерференции в отраженном свете?

6. Чем отличаются интерференционные картины, полученные на тонкой пленке в монохроматическом и белом свете?

7. Что такое радиус когерентности и длина когерентности?

8. Каковы условия интерференции от реальных источников света?

Date: 2015-05-08; view: 1194; Нарушение авторских прав