1. Интерференция света в тонких пленках (плоскопараллельных и клиновидных). Полосы равного наклона и равной толщины.

П усть на плоскопараллельную пластинку (пленку) с показателем преломления и толщиной из вакуума падает под углом монохроматическая световая волна длиной (рис. 1.8). В точке произойдет частичное отражение и преломление падающего света с образованием двух лучей – отраженного и преломленного.

Преломленный луч отразится от нижней границы пластинки в точке и, преломившись, в точке , луч 2 выйдет параллельно лучу 1, отраженному в точке . Если на пути этих лучей поместить собирающую линзу , то лучи 1 и 2 будут интерферировать в фокальной плоскости этой линзы. Разместив в этой плоскости экран, можно получить действительную интерференционную картину. (Эту картину можно непосредственно наблюдать глазом: хрусталик глаза в этом случае играет роль собирающей линзы, а изображение возникает на сетчатке глаза.)

Оптическая разность хода лучей 1 и 2 где – показатель преломления вещества пластинки (показатель преломления окружающей среды (воздуха) равен 1).

Слагаемое обусловлено потерей полуволны в точке при отражении света от оптически более плотной среды. Если показатель преломления пластинки будет меньше показателя преломления окружающей среды, потеря полуволны произойдет в точке . В этом случае перед нужно будет поставить знак «минус».

В некоторой точке на экране будет наблюдаться интерференционный максимум, если для этой точки величина оптической разности хода равна целому числу длин волн: или интерференционный минимум, если величина оптической разности хода равна нечетному числу полуволн:

Так как условие наблюдения максимумов соблюдается только для одной определенной длины волны, то при освещении пластинки белым светом она будет выглядеть окрашенной в один определенный цвет. Если же толщина пластинки (пленки) будет меняться, окраска на разных участках будет различна, т. е. будет радужной. Интерференционная картина будет наблюдаться при условии (удвоенная толщина пластинки меньше длины когерентности падающей волны).

Полосы равного наклона

В случае падения сходящегося или расходящегося пучка света на плоскопараллельную пластинку (пленку) при интерференции возникают полосы равного наклона. При наблюдении интерференционной картины используют собирающую линзу ( ) и экран.

Схема возникновения полос равного наклона приведена на рис. 1.9. Лучи, падающие на пластинку под определенным углом (луч и параллельные ему), соберутся на экране в одной точке . Лучи, падающие на пластинку под другим углом (например, луч ), собираются в другой точке экрана .

Е сли имеется протяженный источник света, то под тем же углом будет падать много лучей, поэтому на экране получится не одна точка , а семейство точек, т. е. будет наблюдаться интерференционная полоса равного наклона. Интерференционная картина на экране будет иметь вид чередующихся светлых и темных полос, каждой из которых соответствует определенное значение угла падения . При освещении пластинки белым светом на экране возникает система разноцветных полос равного наклона. Если оптическая ось линзы перпендикулярна поверхности пластинки, то полосы равного наклона имеют вид чередующихся концентрических темных и светлых колец.

В отсутствии линзы лучи уходят в бесконечность. В этом случае говорят, что полосы равного наклона локализованы в бесконечности. Это явление используется на практике для контроля степени параллельности тонких пленок (пластин). Изменение толщины пленки на 10^8 м можно обнаружить по искажению формы полос равного наклона.

Полосы равной толщины

Несколько другая интерференционная картина наблюдается при освещении светом тонких пленок с переменной толщиной (плоский клин).

Рассмотрим лучи 1 и 2, падающие на поверхность клина с малым углом раствора , приведенные на рис. 1.10.

В месте падения, в соответствии с законами отражения и преломления света, часть света отразится, а часть, преломившись, отразится от нижней поверхности, далее преломится на верхней поверхности пленки и пересечется с отраженным лучом. При этом будут наблюдаться интерференционные полосы, параллельные ребру клина, называемые полосами равной толщины. Если свет падает на пленку нормально, то полосы равной толщины локализуются на верхней поверхности клина.