Интерференция света при отражении от пленки

Для наблюдения явления интерференции от двух когерентных источников необходимы специальные приборы – интерферометры. Однако интерференционную картину можно наблюдать невооруженным глазом. Например, цвета побежалости на закаленных деталях, при отражении света от мыльных пузырей, при отражении от пленки нефти, пролитой в лужу, и т.д. При падении света на тонкую прозрачную пленку происходит отражение от верхней и от нижней поверхностей пленки. В результате возникают две световые волны, которые являются когерентными. Если разность оптических путей составляет несколько длин волн, то наблюдается интерференционная картина при обычном освещении.

Пусть на пленку из воздуха падает пучок параллельного монохроматического света под некоторым углом α (рис.1). В точке падения часть света (около 5 %) отражается, остальная часть света преломляется под некоторым углом β, отражается от нижней поверхности и выходит из пленки параллельно первому пучку. Так как от границы воздух – пленка и от границы пленку воздух отражается примерно одинаковая доля света, то интенсивности обоих отраженных пучков почти одинаковы и интерференционная картина наиболее контрастная. Остальные пучки света, испытавшие несколько отражений, а также прошедшие сквозь пленку имеют несопоставимые интенсивности и поэтому интерференционная картина от них почти не видна.

Выведем уравнение для оптической разности хода волн 1 и 2, отраженных от пленки. Разность оптических путей возникает на участке от точки падения на пленку, где происходит разделение волн, до фронта АВ, после которого волны проходят одинаковые пути и разность фаз более не изменяется. Оптический путь зависит еще от условий отражения света. Если свет отражается от оптически более плотной среды, с большим показателем преломления, то в отраженной волне фаза изменяется на p радиан. Это соответствует увеличению оптического пути этого луча на половину длины волны, l/2.

Оптический путь первой волны в воздухе равен ОА плюс длина полуволны. То есть, . Оптический путь волны 2 равен произведению показателя преломления пленки на два расстояния ОС, или . Заменив по закону преломления света , найдем разность оптических путей . Исключим угол β по соотношению , после преобразований получим для оптической разности хода формулу

. 1.7

Подставив условие усиления или ослабления волн при интерференции, в уравнение (1.7), можно определить либо толщину пленки, либо угол падения для образования интерференционного максимума или минимума.

Явление интерференции в тонких пленках разделяют на два вида. При падении рассеянного света (освещение большим источником, например, небом) на плоскопараллельную тонкую пластинку, каждому интерференционному максимуму или минимуму соответствует волны, отраженные под одинаковым углом. Интерференционные полосы имеют вид окружностей, их называют полосами равного наклона. Другой вид интерференции наблюдается при падении плоскопараллельного пучка света на пленку переменной толщины. Каждой интерференционной полосе соответствует одинаковая толщина пленки. Такую картину называют полосами равной толщины.