Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона

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. Если пленка имеет переменную толщину, то на её поверхности наблюдается полосы, отмечающие участки с постоянной толщиной, которые называются полосами равной толщины. Полосы равной толщины наблюдаются у поверхности пленки, поскольку лучи из такой пленки выходят под разными углами и пересекаются непосредственно у поверхности. Соседние полосы соответствуют толщинам, отличающиеся друг от друга на величину порядка . Поэтому, подсчитав число полос равной толщины, можно определить изменение толщины пленки, вычислить размеры неровностей. Если неровность имеет форму впадины или выпуклости, то полосы равной толщины имеют форму колец, а если пленка имеет форму клина, то они будут параллельными прямыми. Такие полосы можно наблюдать на вертикальных мыльных пленках, на пленках нефти и масла, разлитых по воде. Если свет не монохроматический, то полосы будут цветными.

Впервые полосы равной толщины от клина были описаны Ньютоном. Плосковыпуклая линза очень большого радиуса кривизны прижимается выпуклой стороной к плоской пластине так, чтобы между ними образовался воздушный зазор переменной толщины – воздушный клин. Роль тонкой пленки, от поверхностей которой отражаются когерентные волны, играет воздушный зазор между пластиной и линзой (рис. 2). При нормальном падении света полосы равной толщины имеют вид концентрических окружностей.

При отражении световой волны от границы раздела среды оптически менее плотной со средой оптически более плотной (воздух-стекло) фаза колебаний светового вектора изменяется на , что соответствует прибавлению в выражении для ; при отражении от оптически менее плотной среды (стекло-воздух) такого изменения фазы не происходит.

В отраженном свете оптическая разность хода (с учетом добавления полуволны при отражении и для )

, ,

где – ширина зазора.

Как видно из рис. 2,

, ,

где - радиус кривизны линзы, - радиус кольца.

Т.к. , .

При наблюдении максимума , поэтому радиус светлого кольца определяется формулой .

При наблюдении минимума , радиус темного кольца определяется формулой .

При наблюдении в проходящем свете эти выражения для и взаимно меняются.

Дата добавления: 2014-01-03