Інтерференція в тонкій плівці: мильні бульбашки та нафтові плями
1 · Прогноз
Світло, що відбивається від обох поверхонь тонкої прозорої плівки (як мильна бульбашка), інтерферує, даючи яскраве чи темне відбиття залежно від товщини плівки. Чи товща плівка завжди зсуває те, який інтерференційний «порядок» дає яскраве відбиття?
- Так — інтерференційний порядок яскравого відбиття масштабується прямо з товщиною плівки (в одиницях довжини хвилі всередині плівки).
- Ні — товщина плівки не впливає на те, який порядок яскравий.
- Товщина впливає лише на колір, не на числовий «порядок».
2 · Установка
- Відкрийте пресет thin-film та натисніть «Скинути». Плівка має показник n = 1.33 (як мильна плівка); довжина хвилі світла 550 nm.
- Увімкніть показ інтерференційного порядку.
- Задайте товщину плівки для кожного заміру та запишіть порядок яскравого відбиття.
3 · Збір даних
| Товщина плівки t (nm) | Порядок яскравого відбиття m |
|---|---|
| 400.00 | |
| 500.00 | |
| 600.00 |
Побудуйте порядок m (вісь y) проти товщини t (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія?
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть m = 2nt/λ − 0.5 з n = 1.33, λ = 550 nm. Порівняйте з таблицею.
- Поясніть, звідки береться член −0.5: світло, що відбивається від ПЕРЕДНЬОЇ поверхні плівки, зазнає зсуву фази на половину довжини хвилі (відбиваючись від середовища з вищим показником), тоді як світло, відбите від ЗАДНЬОЇ — ні; ця асиметрія зсуває звичайну умову цілочисельного порядку на пів кроку.
5 · Поглиблення
- Кольори мильної бульбашки постійно зсуваються та кружляють, бо товщина плівки варіює по її поверхні та змінюється з часом, коли вона стікає та випаровується — різні товщини задовольняють умову яскравого відбиття для різних довжин хвиль (кольорів) у кожен момент. Поясніть, чому плівка ідеально рівномірної товщини натомість показувала б один рівномірний колір (або жоден) по всій поверхні.
- Об'єктиви камер використовують тонкі протибливкові покриття, спроєктовані так, щоб переднє та заднє відбиття ДЕСТРУКТИВНО інтерферували для обраної довжини хвилі (зазвичай зеленої, найчутливішого кольору ока), мінімізуючи небажане відбиття. Поясніть, чому такі покриття досі часто показують ледь помітний фіолетовий відтінок — довжини хвиль на обох краях видимого спектру не повністю компенсуються.
Фізика цього експерименту
Порядок яскравого відбиття тонкої плівки
Світло, що відбивається від обох поверхонь тонкої плівки, інтерферує конструктивно (яскраве відбиття), коли оптична довжина шляху туди-назад відповідає напівцілому кратному довжини хвилі: m = 2nt/λ − 0.5, з урахуванням зсуву фази передньої поверхні.