§ 122. Об интерференции света, отраженного от прозрачных пленок

Познакомимся с некоторыми интерференционными явлениями, возникающими при отражении света от тонких прозрачных пластин (пленок).

Пусть на тонкую пленку толщиной падают параллельные лучи монохроматического света (рис. 317). Очевидно, что из некоторой точки С будут выходить два практически совпадающих когерентных луча: луч отраженный от верхней поверхности пленки, и луч 2, отраженный от нижней ее поверхности. Понятно, что разность хода этих лучей зависит от величины угла падения а и от толщины пленки Кроме того, зависит еще и от показателя преломления вещества пленки, так как на участке луча 2 световые волны распространяются со скоростью в меньшей, чем на участке луча Это ведет к увеличению разности фаз волн, а следовательно, и разности хода лучей. Поэтому в данном случае следует рассматривать оптическую разность хода лучей:

Член появляется в связи с тем, что у световой волны, отражающейся от оптически более плотной среды, фаза изменяется на к, а у волны, отражающейся от оптически менее плотной, среды, фаза не изменяется. Так как луч отражается (в точке С) от оптически более плотной среды, а луч 2 отражается (в точке В) от оптически менее плотной среды, то разность фаз этих лучей изменяется на что соответствует изменению разности хода лучей на

Если разность хода равна целому числу длин волн А падающего света, то лучи и 2 максимально усилят друг друга. Нетрудно усмотреть, что (при данном значении а) такой результат интерференции будет иметь место не только для точки С, но и для всех других точек поверхности пленки. Поэтому глазу, аккомодированному на поверхность пленки, вся пленка представится ярко освещенной. Если же равна нечетному числу полуволн, то все отраженные от ее поверхности лучи взаимно погасятся и пленка будет "казаться темной.

Таким образом, изменяя угол падения а, мы будем видеть пленку попеременно то светлой, то темной.

Рис. 317

Предположим теперь, что под пленкой находится среда оптически более плотная, чем пленка; тогда изменение фазы на произойдет как у луча так и у луча 2. Следовательно, разность хода этих лучей не получит дополнительного изменения на В самом деле,

В случае очень тонкой пленки при не слишком больших углах падения можно считать тогда Поэтому для пленки толщиной разность хода лучей практически при всех (не слишком больших) углах падения будет равна что соответствует условию минимума интерференции, т. е. взаимному гашению отраженных лучей. Это значит, что от такой пленки свет практически не отражается и полностью проходит в оптически более плотную среду, находящуюся под пленкой.

Это интерференционное явление широко используется в оптической промышленности для так называемого просветления оптики. Дело в том, что в сложных оптических системах (фотобъективах, перископах и т. п.) значительная часть световой энергии отражается от поверхностей линз; это заметно снижает яркость и контрастность изображения рассматриваемых (или фотографируемых) объектов и создает блики. Если на поверхность линз нанести прозрачную пленку толщиной изготовленную из вещества с показателем преломления

немного меньшим показателя преломления стекла линз, то такая пленка не будет отражать света; благодаря этому качество изображения заметно улучшится (оптика просветлеет).

Обычно на поверхность линз наносят пленку из кремнезема или из фтористых солей. Кроме того, просветляющую пленку можно создать непосредственно на поверхности линзы путем обработки этой поверхности растворами кислот (метод И. В. Гребенщикова).

До сих пор мы имели дело с плоскопараллелъной пленкой. Рассмотрим теперь пленку переменной толщины, например клинообразную (рис. 318). В отраженном свете поверхность такой пленки уже не покажется разномерно освещенной, так как разность хода лучей, интерферирующих в различных (по толщине) местах пленки, будет неодинаковой. Эта разность сохраняется постоянной только вдоль линий, параллельных ребру клина, и убывает в направлении от основания к ребру (рис. 318, а).

Рис. 318

Поэтому поверхность клинообразной пленки представится покрытой чередующимися светлыми и темными полосами, параллельными ребру клина (рис. 318, б). Очевидно, что чем больше угол клина в, тем быстрее изменяется разность хода лучей вдоль клина и тем чаще расположены интерференционные полосы.

При использовании белого света интерференционные полосы несколько расширяются, приобретая радужную окраску. Это объясняется зависимостью разности хода от длины волны: в каждой светлой полосе максимумы для различных длин волн располагаются раздельно.

В отличие от клинообразной пленки у пленки со случайным распределением толщины интерференционные полосы могут иметь самую разнообразную криволинейную форму. При освещении этой пленки белым светом возникает весьма причудливая по форме и расцветке интерференционная картина. Такую картину дают мыльные пленки, нефтяные пятна на поверхности воды, крылья мелких насекомых, жировые налеты на стекле и другие тонкие пленки толщиной порядка см. В более толстых пленках цветные интерференционные полосы оказываются настолько сближенными, что частично перекрывают друг друга и интерференционная картина становится неразличимой. Поэтому интерференцию света в толстых пленках можно наблюдать только при использовании строго монохроматического света.