9. Интерференция на тонких пленках. Интерференционная окраска. Полосы равной толщины и равного наклона.

Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко, как для источников волн на воде. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной  , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при  , где   — длина волны. Если   нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм.

Интерференционная окраска - окраска, возникающая при интерференции лучей с разной фазой (т.е. с ненулевой разностью хода). Для определения конкретной окраски используется номограмма Мишель-Леви.

Условия наблюдения

В петрографии интерференционная окраска наблюдается в поляризационный микроскоп при включённом анализаторе. Наибольшее значение при исследовании шлифов имеют максимальная и минимальная (серая) окраски. Для определения максимальной окраски (находящейся в плоскости N_g-N_p) необходимо исследовать зёрна с косым расположением границы. В таком случае разность хода будет меняться от 0 до максимальной, что приводит к изменению окраски от белой с краю до максимальной в зерне, проходя поочерёдно все порядки цвета. Соответственно, максимальная интерференционная окраска - это окраска максимального порядка и максимальная в порядке при данной толщине шлифа.

Причины явления

В некубических кристаллах происходит распад светового луча на два (см. двулучепреломление), движущихся в общем случае с разными скоростями. Это в свою очередь приводит к возникновению разности хода. После прохождения анализатора из-за повторной поляризации происходит интерференция составляющих колебаний двух волн вдоль направления поляризации. Это и приводит к образованию результирующей волны и и.о.

Пусть тонкая плоскопараллельная пластинка освещается рассеянным монохроматическим светом (рис.).

 В рассеянном свете имеются лучи самых разнообразных направлений (Θ₁, Θ₂ и другие). Интерференционная картина наблюдается на экране Э, установленном в фокальной плоскости собирающей линзы Л. Параллельные отраженные лучи 1^/ и 1^// соберутся в точке Р на экране. В эту же точку придут и другие лучи, параллельные лучу 1. Лучи 2 падают на плоскопараллельную пластинку под углом Θ₂, а отраженные лучи 2^/ и 2^// соберутся в другой точке M экрана и имеют другую оптическую разность хода по сравнению с лучами 1^/ и 1^//. В разности хода

d = const, λ₀ = const, поскольку свет монохроматический.  Остается одна переменная величина Θ₁ − угол падения. И каждому углу падения соответствует определенная интерференционная полоса на экране. Интерференционная картина имеет вид чередующихся криволинейных темных и светлых полос. Каждой из них соответствует определенной значение угла Θ, поэтому они называются полосами равного наклона. В отсутствии линзы интерференционную картину можно было бы наблюдать только в бесконечности в месте пересечения пар параллельных лучей 1^/1^//, 2^/2^// и т.д., поэтому говорят, что полосы равного наклона локализованы в бесконечности.  Полосы равной толщины наблюдаются при отражении параллельного пучка лучей света (Θ₁ = const) от тонкой прозрачной пленки, толщина dкоторой неодинакова в разных местах.  Пусть на клин падает плоская волна, направление распространения которой совпадает с параллельными лучами 1 и 2 (рис.).

 Отраженные лучи 1^/ и 1^// пересекутся в точке В вблизи поверхности клина, а при определенном взаимном расположении линзы и клина точка Абудет изображением точки В на экране. Если источник света расположен далеко от поверхности клина и угол α клина достаточно мал, то оптическая разность хода Δ между лучами 1^/ и 1^// может быть с достаточной степенью точности вычислена по формуле

когда Θ₁ = const, а толщина d является переменной.  Каждой интерференционной полосе на экране соответствуют лучи, отраженные от мест одинаковой толщины, поэтому вся интерференционная картина называется полосами равной толщины. Так как верхние и нижние грани клина не параллельны между собой, то лучи 1^/ и 1^//, 2^/ и 2^//пересекаются вблизи пластинки. Таким образом, полосы равной толщины локализованы вблизи поверхности клина.