Русская Википедия:Интерференция в тонких плёнках

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Интерференция отраженного света от поверхности мыльного пузыря.jpg
Интерференция отражённого света от поверхности мыльного пузыря

Интерфере́нция в тóнких плёнках — явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать. Тонкоплёночная интерференция объясняет цветовую палитру, видимую в свете, отражённом от мыльных пузырей и масляных плёнок на воде. Это явление также является основополагающим механизмом, используемым в объективах камер, зеркалах, оптических фильтрах и антибликовых покрытиях.

Теория

Луч света длиной волны <math>\lambda</math>, распространяющийся в воздушной среде с показателем преломления <math>n_1=1</math>, при падении на поверхность плёнки с показателем преломления <math>n_2>n_1</math> разделится на два луча. Часть отражается на верхней поверхности, а часть преломляется. Преломлённый луч достигает нижней границы, затем отражается от неё и, снова преломившись, выходит в воздушную среду когерентным с первым лучом. В силу условия когерентности двух лучей, наблюдается интерференционная картина, которая определяется оптической разностью хода между интерферирующими лучами:Шаблон:EF

Файл:Тонкоплёночная интерференция.png
Интерференция в тонких плёнках
<math>\ \mathrm{OC} = \mathrm{CB} = \frac{d}{\cos(r)}</math>
<math>\ \mathrm{AO} = \mathrm{OB} \sin(i) </math>
<math>\ \mathrm{OB} = 2\cdot\mathrm{OK} = 2\mathrm{d}\cdot\operatorname{tg(r)}</math>

Учитывая закон преломления (закон Снеллиуса):

<math>\ \frac{\sin(i)}{\sin(r)} = \frac{n_2}{n_1} </math>

Получаем: <math>\ \sin(i) = n_2\cdot\sin(r)</math>

<math>\ \mathrm{AO} = \mathrm{OB}\cdot\sin(i) = 2\mathrm{d}\cdot\operatorname{tg(r)}\cdot\sin(i) = \frac{2d\cdot n_2\cdot\sin^2(r)}{\cos(r)}</math> Подставляем в <math>\ (1) </math>

<math>\Delta = 2d\sqrt{n^2-\sin^2i}-\frac{\lambda_0}{2}</math>.[1]

Два луча дадут максимум, если <math>\Delta = \pm m \lambda_0 </math> и будет минимум, если <math>\Delta = \pm (2m + 1) \frac{\lambda_0}{2} </math>

Условие максимума интенсивности света при интерференции: <math>\ 2d\sqrt{n^2-\sin^2i}-\frac{\lambda_0}{2} = m\lambda_0 ; (m = 0, 1, 2...) </math>

Условие минимума интенсивности света при интерференции: <math>\ 2d\sqrt{n^2-\sin^2i}-\frac{\lambda_0}{2} =(2m + 1)\frac{\lambda_0}{2} ; (m = 0, 1, 2...) </math>

История

Файл:Интерференция на перьях павлина.jpg
Интерференция на перьях павлина
Файл:Laser dielectric output coupler centered @ 550nm.png
Лазерный выходной соединитель покрыт множеством плёнок, уложенных друг на друга, для достижения отражательной способности 80 % при 550 нм. Слева: Зеркало обладает высокой отражающей способностью к жёлтому и зелёному цветам, но с высокой степенью пропускания к красному и синему. Справа: Зеркало пропускает 25 % лазерного излучения 589 нм.

Тонкоплёночная интерференция является обычно наблюдаемым явлением в природе, которое встречается у разных растений и животных. Одно из первых известных исследований этого феномена было проведено Робертом Гуком в 1665 году. Гук постулировал, что радуга в павлиньих перьях была вызвана тонкими чередующимися слоями пластины и воздуха [2].

В 1816 году Френель дополнил волновую теорию света. Тем не менее, очень мало было объяснений радуги до 1870-х годов, когда Джеймс Максвелл и Генрих Герц помогли объяснить электромагнитную природу света.

После изобретения интерферометра Фабри — Перо в 1899 году механизмы тонкоплёночных помех можно было продемонстрировать в более широком масштабе. Однако до начала XX века учёные объясняли радужный окрас у различных животных, например павлины и жуки-скарабеи, наличием красителей или пигментов, которые изменяют цвет при разных углах наблюдения.

В 1919 году лорд Рэлей предположил, что яркие, меняющиеся цвета были вызваны не красителями, а микроскопическими структурами, которые он назвал «структурными цветами» [3].

Первое производство тонкоплёночных покрытий произошло совершенно случайно. В 1817 году Йозеф Фраунгофер обнаружил, что потускнение стекла с азотной кислотой может уменьшить отражения на поверхности.

В 1819 году, наблюдая как слой спирта испаряется с листа стекла, Фраунгофер отметил, что цвета появились непосредственно перед тем, как жидкость полностью испарилась, и выяснилось, что любая тонкая плёнка из прозрачного материала будет создавать цвета.

Небольшое продвижение было сделано в технологии тонкоплёночного покрытия в 1936 году, когда Джон Стронг начал испарять флюорит, чтобы сделать антиотражающие покрытия на стекле.

В 1939 году Уолтер Х. Геффкен создал первые интерференционные фильтры с использованием диэлектрических покрытий.

Применение

В коммерческих проектах тонкие плёнки используются в антибликовых покрытиях, зеркалах и оптических фильтрах. Они могут быть спроектированы для контроля количества света, отражённого или прошедшего на поверхности для определённой длины волны.

Эллипсометрия — это метод, который часто используется для измерения свойств тонких плёнок. Поляризованный свет отражается от поверхности плёнки и измеряется детектором. Затем проводится модельный анализ, в котором эта информация используется для определения толщины слоя плёнки и показателей преломления. Двойная поляризационная интерферометрия является новым методом измерения показателя преломления и толщины тонких плёнок молекулярного масштаба.

Галерея

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Шаблон:Ссылки

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Шаблон:Статья
  2. ↑ Шаблон:Статья
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Интерференция_в_тонких_плёнках&oldid=10004946