Interférence de couche mince : bulles de savon et nappes d’huile
1 · Prédire
La lumière réfléchie sur les deux surfaces d'un mince film transparent (comme une bulle de savon) interfère, produisant une réflexion claire ou sombre selon l'épaisseur du film. Un film plus épais modifie-t-il toujours « l'ordre » d'interférence qui produit une réflexion brillante ?
- Oui - l'ordre d'interférence pour la réflexion lumineuse s'adapte directement à l'épaisseur du film (en unités de longueur d'onde à l'intérieur du film).
- Non, l'épaisseur du film n'affecte pas l'ordre de luminosité.
- L'épaisseur n'affecte que la couleur, pas un « ordre » numérique.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage de couche mince et appuyez sur Réinitialiser. Le film a l'indice n = 1.33 (comme un film de savon) ; la longueur d'onde de la lumière est 550 nm.
- Activez la lecture de l’ordre d’interférence.
- Réglez l’épaisseur du film pour chaque essai et enregistrez l’ordre des interférences de réflexion lumineuse.
3 · Collecter les Données
| Épaisseur du film t (nm) | Ordre de réflexion lumineuse m |
|---|---|
| 400.00 | |
| 500.00 | |
| 600.00 |
Tracez l'ordre m (axe y) par rapport à l'épaisseur t (axe x) pour vos trois essais. La ligne est-elle droite ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez m = 2nt/λ − 0.5 avec n = 1.33, λ = 550 nm. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi le terme −0.5 apparaît : la lumière réfléchie sur l'AVANT du film subit un déphasage d'une demi-longueur d'onde (réfléchissant sur un milieu à indice plus élevé), tandis que la lumière réfléchie sur l'ARRIÈRE ne le fait pas - cette asymétrie décale la condition habituelle d'ordre entier d'un demi-pas.
5 · Approfondir
- Les couleurs d'une bulle de savon changent et tourbillonnent constamment parce que l'épaisseur du film varie sur sa surface et change avec le temps à mesure qu'il s'écoule et s'évapore - différentes épaisseurs satisfont à la condition de réflexion lumineuse pour différentes longueurs d'onde (couleurs) à un moment donné. Expliquez pourquoi un film d'épaisseur parfaitement uniforme présenterait plutôt une seule couleur uniforme (ou aucune) sur toute sa surface.
- Les objectifs des appareils photo utilisent de fins revêtements antireflet, conçus pour que les reflets avant et arrière interfèrent de manière DESTRUCTIVE pour une longueur d'onde choisie (généralement le vert, la couleur la plus sensible de l'œil), minimisant ainsi les reflets indésirables. Expliquez pourquoi de tels revêtements présentent encore souvent une légère teinte violette : les longueurs d'onde à chaque extrémité du spectre visible ne sont pas aussi complètement annulées.
La physique derrière cette expérience
Ordre de réflexion brillante des couches minces
La lumière réfléchie sur les deux surfaces d'un film mince interfère de manière constructive (réflexion brillante) lorsque la longueur du trajet optique aller-retour correspond à un multiple demi-entier de la longueur d'onde : m = 2nt/λ − 0.5, tenant compte du déphasage de la surface avant.