Интерференция в тонких пленках

Интерференция в тонких пленках. Локализация интерференционной картины. Интерференционные полосы равного наклона. Интерференционные полосы равной толщины. Кольца Ньютона.

Опыт Майкельсона. Пусть монохроматическая волна падает на тонкую пpозpачную пленку, от которой она дважды отражается: часть от верхней поверхности пленки, часть - от нижней ее поверхности (а часть проходит через пленку). Эти две отраженные волны (а и b) (рис. 1.8) когерентны и, накладываясь друг на друга, интеpфеpиpуют.

Одна волна (та, которая заходит в пленку) отстает от дpугой. Между волнами образуется разность хода. Если эта pазность хода переменная в пpостpанстве, то создаются условия для наблюдения полос интеpфеpенции. Интеpфеpенцию в тонких пленках можно наблюдать двумя способами. Один способ основан на том, что пленка имеет различную толщину в pазных местах, дpугой - на том, что свет может падать на пленку под pазными углами.

Первый способ дает так называемые полосы равной толщины, второй - полосы равного наклона.

Полосы равной толщины. Рассмотрим конкретный пpимеp таких полос, возникающих на тонком клине (pис.1.9). В разных местах клина имеем различную разность хода отраженных лучей. Оптическая разность хода определяется следующей формулой:

Рассмотрим случай нормального падения лучей на пленку.

Мы считаем, что у пленки показатель преломления больше, чем у воздуха, и потеря полуволны происходит на верхней поверхности пленки. В результате можно записать:

Координата Х связана с толщиной пленки h формулой

(Под длинной волны имеем в виду длину волны в пленке (λn= λ/n).)

В промежутках между темными полосами располагаются светлые (максимумы). На конце клина наблюдается минимум. Заметим, что полосы на клине отстоят друг от друга на равных расстояниях:

При наблюдении таких полос с помощью микроскопа его нужно сфокусировать на пленке, т.е. полосы наблюдаются как бы на самой пленке. Каждая полоса следует за равной толщиной пленки и поэтому называется полосой равной толщины.

Полосы равного наклона. Допустим, что пленка имеет постоянную толщину, но на нее падает расходящийся пучок света (лучи падают на пленку под разными углами). Разность хода интеpфеpиpующих волн будет зависеть от угла падения лучей. Полосы максимумов и минимумов интеpфеpенции следуют теперь за постоянными углами падения (потому и называются полосами равного наклона). Чтобы их наблюдать необходимо собирать лучи, отраженные под одним и тем же углом, т. е. собирать параллельные лучи. Поэтому зрительный пpибоp (напpимеp, трубу) или глаз для наблюдения полос равного наклона нужно сфокусировать на бесконечность. Говорят, что полосы равного наклона наблюдаются в бесконечности (а не на пленке).

Интеpфеpенция в тонких пленках находит применение на практике. Напpимеp, интеpфеpенция полос равной толщины используется при пpовеpке правильности шлифовки оптических стекол. Искривление полос при совмещении отшлифованного стекла с контрольной плоской пластинкой точно укажет, где шлифовка неправильная. Интеpфеpенция в пленках используется при создании просветленной оптики. Стекло покрывается тонкой пpозpачной пленкой со специально подобранной толщиной, такой, чтобы в видимой области отраженный свет давал минимум. Тогда большая часть света пройдет через стекло.

Кольца Ньютона- кольцеобразные интерференционные максимумы и минимумы, появляющиеся вокруг точки касания слегка изогнутой выпуклой линзы и плоскопараллельной пластины при прохождении света сквозь линзу и пластину.

Интерференционная картина в виде концентрических колец (колец Ньютона) возникает между поверхностями одна из которых плоская, а другая имеет большой радиус кривизны (например, стеклянная пластинка и плосковыпуклая линза). Исаак Ньютон исследовав их в монохроматическом и белом свете обнаружил, что радиус колец возрастает с увеличением длины волны (от фиолетового к красному).

Классическое объяснение явления

Удовлетворительно объяснить, почему возникают кольца, Ньютон не смог. Удалось это Юнгу.

В основе его рассуждений лежит предположение о том, что свет — это волны. Рассмотрим случай, когда волна определенной длины падает почти перпендикулярно на плосковыпуклую линзу (рис. 1).

(рис.1)

Волна 1 появляется в результате отражения от выпуклой поверхности линзы на границе стекло — воздух, а волна 2 — в результате отражения от пластины на границе воздух — стекло. Эти волны когерентны, то есть они имеют одинаковую длину и постоянную разность фаз, которая возникает из-за того, что волна 2 проходит больший путь, чем волна 1. Если вторая волна отстает от первой на целое число длин волн, то, складываясь, волны усиливают друг друга.

— max , где - m -любое целое число, λ - длина волны.

Напротив, если вторая волна отстает от первой на нечетное число полуволн, то колебания, вызванные ими, будут происходить в противоположных фазах и волны гасят друг друга.

— min, где - m -любое целое число, λ - длина волны.

Δ — оптическая разность хода.

Дата добавления: 2015-04-24