薄膜干涉
假設(shè)照射一束光波于薄膜,由于折射率不同,光波會被薄膜的上界面與下界面分別反射,因相互干涉而形成新的光波,這現(xiàn)象稱為薄膜干涉。對于這現(xiàn)象的研究可以透露出關(guān)于薄膜表面的資訊,這包括薄膜的厚度、折射率。薄膜的商業(yè)用途很廣泛,例如,增透膜、鏡子、濾光器等等。[1]
現(xiàn)在考慮在另一種材料上的一層薄膜。這種情況下,薄膜的上下表面同時反射光線??偡瓷涔馐莾刹糠址瓷涔獾目偤汀S捎诠獾牟▌有?,兩個界面的反射光可能干涉相長(強度增加)或干涉相消(強度減?。?,這取決于它們的相位關(guān)系。相位關(guān)系取決于兩個反射光不同的光程,而光程取決于薄膜厚度,光學常數(shù),和波長。
又光線由疏介質(zhì)進入密介質(zhì)被反射,光的相位會轉(zhuǎn)180度(i必須+1/2),所以當光程差2nd = (i+1/2)λ時,兩組反射光干涉相長;相反的,當光程差2nd = iλ時,兩組反射光相位相反,因而干涉相消。 (d 是薄膜厚度,i 是整數(shù),2 是因為下表面反射光穿過薄膜兩次)
由此可以看出,薄膜反射率隨著1/波長(波長倒數(shù))周期性地變化,如下圖所示。較厚的薄膜在給定波長范圍內(nèi)有較多的振蕩,而較薄的膜在給定波長范圍內(nèi)有較少,常常不完整的振蕩。
光程差公式
薄膜干涉中兩相干光的光程差公式為 Δ=2ntcos(θt)±λ/2 式中n為薄膜的折射率;t為入射點的薄膜厚度;θt為薄膜內(nèi)的折射角;±λ/2 是由于兩束相干光在性質(zhì)不同的兩個界面(一個是光疏-光密界面,另一是光密-光疏界面)上反射而引起的附加光程差。
范例
編輯
一個肥皂泡就是一個薄膜,但是它的表面厚度不均勻。而光是由紅色,綠色,和藍色光波組成的,不同的顏色就從表面上反射出來。
光是一種波,不同顏色的光波有不同的波長。當一個光波照到一個半透明的薄膜時,一部分光被上表面反射回去,另一部分被下表面反射回去,剩余的光透射過去。
一道藍色光照到肥皂泡的表面。你可以看見,一部分光被上表面反射回去,另一部分被下表面反射回去,剩余的光透射過去。在這個位置肥皂泡的厚度和波的長度相對應(yīng),這樣上下表面反射回去的光波非常上乘的疊起來,形成非常強的藍色反射光。
假設(shè)紅色光照到肥皂泡的同一點,因為紅光的波長比較長,這樣上下表面反射回去的光沒有很好地疊在一起,它們相互減弱,無法形成很強的紅色反射。
然而當肥皂泡更厚一點時紅色光波就會疊在一起,藍色光波就會相互減弱,這個肥皂泡看上去是紅色的。
作用
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