Интерференция в тонких пленках

Лекция №8

При прохождении света через тонкие пленки или при отражении света от поверхности тонких пленок образуются пучки когерентных волн, которые могут интерферировать между собой (рис.8.1).

Рис. 8.1.

Если на пленку толщиной и показателем преломления падает параллельный пучок света под углом , то после ряда последовательных отражений и преломлений в точках A, В, С и Е образуются два пучка 1' и 1'', отраженных, и два пучка 2' и 2'', прошедших сквозь пленку лучей. Если пленка достаточно тонка, то все эти лучи сохраняют когерентность и будут интерферировать.

Оптическая разность хода отраженных от пленки лучей 1' и 1'' равна:

.

Для получения окончательной разности хода необходимо учесть, что световые волны, как и всякие другие волны, отражаясь от оптически более плотной среды (луч 1 в точке А) получают дополнительную разность фаз равную , т.е. возникает добавочная разность хода равная . Она наблюдается в точке А для луча 1' вследствие отражения его от границы с оптически более плотной средой, чем та откуда падал луч. При отражении луча от среды менее плотной в точках В или С, а также при преломление лучей такой добавки полуволны не происходит.

Из треугольника ABF и треугольника FBC получаем:

,

из треугольника ADC:

Учитывая, что из закона преломления

получаем:

,

,

,

,

.

Если известен угол падения ,

тогда с учетом

, ,

получаем

,

окончательно

.

Условия максимумов и минимумов интерференции в отраженном от пленки свете запишутся следующим образом:

1. Условие максимумов интенсивности света

, .

2. Условие минимумов интенсивности света

, .

Оптическая разность лучей 2' и 2'', прошедших сквозь пленку равна:

,

или

.

Потери полуволны в проходящем свете не наблюдается.

Условия максимумов или минимумов интерференции в проходящем сквозь пленку свете запишутся следующим образом

1. Условие максимумов интенсивности света

, .

2. Условия минимумов интенсивности света

, .

Таким образом, если в проходящем свете выполняется условие усиления света (образуется максимум интенсивности), то в отраженном свете для этой же пленки выполняется условие ослабления (образуется минимум интенсивности) и наоборот. Это означает, что в первом случае пленка видна в проходящих лучах и не видна в отраженных, а во втором наоборот. При этом энергия световых волн перераспределяется между отраженными и проходящими лучами.

Если пленка освещается белым светом, то условие максимума выполняется для лучей определенной длины волны, т.е. пленка окрашивается. Примером служат радужные цвета тонких пленок, наблюдаемые на поверхности воды, покрытой тонким слоем нефтепродуктов, на пленках окислов, на поверхности мыльной пленки и т.д.

Если на однородную плоскопараллельную пленку падают расходящиеся или сходящиеся пучки лучей (), то после отражения или преломления лучи, падающие под одним и тем же углом , будут интерферировать.

При некоторых значениях выполняется условие максимума, при других значениях выполняется условие минимума. При этом на экране наблюдается интерференционная картина, получившая название полосы равного наклона. Для разных полос углы падения различны. Полосы равного наклона локализованы в бесконечности и могут наблюдаться простым глазом, аккомодированным на бесконечность.

Если на однородную пленку переменной толщины падает параллельный пучок света (), то лучи после отражения от верхней и нижней граней пленки пересекаются вблизи верхней поверхности пленки и интерферируют. На поверхности пленки будет наблюдаться интерференционная картина, получившая название полосы равной толщины.

Конфигурация полос определяется формой пленки, определенная полоса соответствует геометрическому месту точек, в которых пленка имеет одинаковую толщину. Полосы равной толщины локализованы на поверхности.

Дата добавления: 2014-01-05