74. Інтерференція на тонких плівках. Просвітлення оптики

Тонка плівка – це шар прозорої речовини, товщина якого не перебільшує 40 мкм.

1. Знайомство з явищем. Якщо подивитися на мильну плівку або на тонкий шар нафтопродуктів на воді, то можна побачити що вони відсвічують всіма барвами веселки. Це і є явище інтерференції на тонких плівках. Дану інтерференцію можна спостерігати: а) у відбитому від тонкої плівки світлі, б) при проходженні світла крізь плівку.

2. Визначення явища. Явище виникнення стійкої інтерференційної картини при відбиванні променів від поверхонь тонкої прозорої плівки називають інтерференцією на тонких плівках.

3. Умови протікання явища. Товщина плівки не повинна перебільшувати 40 мкм, бо для більш товстих плівок не виконується умова когерентності світлових променів і інтерференційні смуги стають на стільки вузькими, що їх не можна розрізнити.

4. Математичний опис явища. З малюнка 5.14. для випадку, а) видно. що промінь світла при попаданні на поверхню тонкої плівки розпадається на два. Перший промінь проходить відстань від джерела до ока рівну -l₁ = x+y-l/2 (l/2 віднімають, бо хвиля відбивається від більш оптично густого середовища. Ця добавка витікає з рівнянь Максвела); другий -l₂ =x+y+2h. Тоді геометрична різниця ходу променівDl_г=l₂ - l₁, тобто Dl_г=x+y+2h-(x+y-l/2) звідки Dl_г=2h-l/2. Слід врахувати, щоDl_г для розв’язування задач використовувати не можна, бо при проходженні світла крізь прозоре середовище змінюється довжина світлової хвилі при незмінній частоті (явище дисперсії світла). Щоб врахувати цю зміну, вводятьDl – оптичну різницю ходу. Оптичну різницю ходу можна знайти за формулою; Dl=2hn-l/2.

5. Пояснення явища. Нехай пластинка рівної товщини освітлюється розсіяним світлом (світлом усіх напрямків Рис. 5.15). Потрапивши на поверхню плівки частина променя відбивається від її верхньої поверхні, а частина променя проходить всередину плівки і вбивається від її нижньої поверхні, утворюючі когерентні промені з деякою різницею ходу. Ця різниця залежить від товщини пластинки.

З усіх променів виберемо тільки ті, різниця ходу для яких, після відбивання від плівки СВ і проходження крізь лінзу О, виконується умова максимуму. Якщо у фокусі лінзи розмістити екран Е. То на екрані спостерігатимуться інтерференційні смуги (А,В). Зрозуміло, що зі збільшенням товщини плівки відстань між смугами А і В зменшується і при товщині 40 мкм зовсім зникає. Якщо проглядати тонку плівку оком, то роль лінзи відіграє кришталик, а екрану – сітківка.

Просвітлення оптики

При проходженні світла крізь лінзу частина світла відбивається від її поверхонь лінзи і не проходить крізь її. Якщо оптичний прилад складається з багатьох лінз, то при проходженні крізь цю систему, світло сильно послаблюється. Позбавитись цього можна просвітленням лінзи, тобто покриттям її поверхні тонким шаром менш оптично густої речовини. Товщину цього шару, або плівки, підбирають таку, щоб у відбитому від неї світлі для даної довжини хвилі спостерігався min інтерференції. Розрахуємо найменшу товщину цього шару для світла довжини , якщо світло падає з середовища з показником заломленняn₀₁,n₀₂ – показник заломлення плівки, n₀₃показник заломлення скла лінзи. Рис. 5.16.)

n₀₁ < n₀₂< n₀₃



h-?

l_г=x+y+2h-/2-(x+y-/2);l_г=2h;

l=2hn₀₂; l=(2k+1)/2 деk =0;

2hn₀₂=/2

h= /4n₀₂.

Товщину шару розраховують по довжині світла жовтого кольору, бо саме на жовтий колір припадає максимум випромінювання Сонця. При цьому для фіолетового і червоного світла виконується умова максимуму інтерференції у відбитому світлі. Саме тому просвітлена лінза відсвічує червонувато-фіолетовим кольором.