Интерференция света в тонких пленках. Полосы равной толщины. Полосы равного наклона. Кольца Ньютона. Применение интерференции света. Интерферометры

Интерференция в тонких пленках. При падении световой волны на тонкую прозрачную пластинку (или пленку) происходит отражение от обеих поверхностей пластинки. В результате возникают 2 световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.

Пусть на прозрачную плоскопараллельную пластинку падает плоская световая волна, которую можно рассматривать как параллельный пучок лучей. Пластинка отбрасывает вверх два параллельных пучка света, один из которых образовался за счет отражения от верхней поверхности пластинки, а второй вследствие отражения от нижней поверхности. Между лучами 1 и 2 возникает дополнительная разность фаз, равная π.

Итак, при падении на пластинку плоской волны образуется 2 отраженные волны, разность хода которых определяется формулой:

Выясним условия, при которых эти волны окажутся когерентными и смогут интерферировать. Рассмотрим 2 случая.

Плоскопараллельная пластинка. Обе плоские отраженные волны распространяются в одном направлении, образующем с нормалью к пластинке угол, равный углу падения. Эти волны смогут интерферировать, если будут соблюдаться условия как временной, так и пространственной когерентности.

Условие временной когерентности:

, где h – толщина пластинки

Условие соблюдения пространственной когерентности: толщина пластинки должна быть меньше радиуса когерентности света.

Интерференционные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами, называются полосами равного наклона. Интерферирующие лучи «пересекаются» только в бесконечности, поэтому говорят, что полосы равного наклона локализованы в бесконечности. Для их наблюдения используют собирающую линзу и экран (Э), расположенный в фокальной плоскости линзы. Параллельные лучи соберутся в фокусе F линзы, в эту же точку придут и другие лучи, параллельные лучу 1, в результате чего увеличивается общая интенсивность. Лучи 3, наклоненные под другим углом, соберутся в другой точке Р фокальной плоскости линзы.

Пластинки переменной толщины. Возьмем пластинку в виде клина с углом ф при вершине. Пусть на нее падает параллельный пучок лучей. Теперь лучи, отразившиеся от разных поверхностей пластинки, не будут параллельными.

Освещенность экрана будет неравномерной – на экране появятся светлые и темные полосы. На экране возникает система интерференционных полос: каждая из полос возникает при отражении от мест пластинки, имеющих одинаковую толщину (в общем случае толщина пластинки может изменяться произвольно). Интерференционные полосы, возникающие в результате интерференции от мест одинаковой толщины, называются полосами равной толщины.

Кольца Ньютона. Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона. Они наблюдаются при отражении света от воздушного зазора, образованного плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны (роль тонкой пленки, от поверхности которой отражаются когерентные волны, играет воздушный клиновидный зазор). Параллельный пучок света падает нормально на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора между линзой и пластинкой. При наложении отраженных лучей возникают полосы равной толщины, при нормальном падении света имеющие вид концентрических окружностей. Радиус колец Ньютона (четным m соответствуют радиусы светлых колец, нечетным – темных):

На рисунке показаны к.Ньютона в зеленом и красном свете: