15. Интерференция в тонких пленках. Применение интерференции.

Интерференцию в тонких пленках можно наблюдать в природе в виде радужного окрашивания этих пленок (масляные пленки на воде, мыльные пузыри, оксидные пленки на металлах), возникающего в результате интерференции света, отраженного двумя их поверхностями.

Пусть плоская монохроматическая волна падает под углом i_п на плоскую прозрачную пленку с показателем преломления n и толщиной d

На поверхности пленки в точке А луч разделяется на два: отраженный от верхней поверхности пленки и преломленный. Преломленный луч, дойдя до точки О, частично преломляется в воздух (n₀ = 1), а частично отражается в направлении точки С. В ней он снова частично отражается и частично преломляется, выходя в воздух под углом i_п. В точке С на поверхность пленки падает луч 2. Вышедший из пленки луч 1' и отраженный от ее поверхности луч 2' накладываются друг на друга. В результате возникает интерференционная картина, которая определяется оптической разностью хода Δ = L₁ – L₂ между интерферирующими лучами.

Δ = L₁ – L₂ = n(OA+OC) + (BC + λ₀/2)

Добавка к оптическому пути L₂, равная λ₀/2, обусловлена потерей полуволны при отражении света в точке С от оптически более плотной среды (среды с большим n > 1) в среду, менее плотную (показатель преломления окружающей среды n₀ = 1). При таком отражении световая волна меняет фазу колебания на противоположную. Такое изменение фазы соответствует «пробегу» волной дополнительного расстояния λ₀/2. Таким образом, добавляя (или вычитая) половину длины волны к разности хода лучей 1 и 2, учитываем изменение фазы колебания луча 2ʹ при отражении в точке С.

Учитывая закон преломления sin i_п / sin i_пр = n, выразим Δ через угол падения:

Δ = 2d (√ n² – sin² i_п) + λ₀/2.

Два луча дадут интерференционный максимум, если Δ = mλ₀ (m – любое целое число), и минимум, если Δ = (m + 1/2) λ₀.

Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны λ₀. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).

Также явление интерференции применяется для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы, например, через границу стекло — воздух, сопровождается отражением 4 % падающего потока. Так как современные объективы содержат большое количество линз, то число отражений в них велико, а поэтому велики и потери светового потока. Следовательно, интенсивность прошедшего света ослабляется, и светосила оптического прибора уменьшается. Кроме того, отражения от поверхностей линз приводят к возникновению бликов.

Для устранения указанных недостатков осуществляют просветление оптики — это сведение к минимуму коэффициентов отражения поверхностей оптических систем путем нанесения на них прозрачных пленок, толщина которых соизмерима с длиной волны оптического излучения. Для этого на свободные поверхности линз наносят топкие пленки с показателем преломления, меньшим, чем у материала линзы.