Interferenza in una pellicola sottile. Interferenza nei film sottili: fenomeno e condizioni per il suo verificarsi. Domande per l'autocontrollo

Vediamo spesso colorazioni iridescenti di film sottili, come film d'olio sull'acqua, film di ossido su metalli, che appaiono come risultato dell'interferenza della luce che riflette le due superfici del film.

Interferenza nei film sottili

Si consideri una lastra sottile piano-parallela con indice di rifrazione n e spessore b. Lascia che un'onda monocromatica piana cada su un tale film ad angolo (supponiamo che questo sia un raggio) (Fig. 1). Sulla superficie di un tale film, ad un certo punto A, il raggio è diviso. Viene in parte riflessa dalla superficie superiore del film, in parte rifratta. Il raggio rifratto raggiunge il punto B, è parzialmente rifratto nell'aria (l'indice di rifrazione dell'aria è pari a uno), è parzialmente riflesso e va al punto C. Ora è di nuovo parzialmente riflesso e rifratto ed esce nell'aria ad un angolo. I fasci (1 e 2) emersi dal film sono coerenti se la loro differenza di percorso ottico è piccola rispetto alla lunga coerenza dell'onda incidente. Nel caso in cui una lente convergente sia posizionata sui percorsi dei raggi (1 e 2), allora convergeranno in un punto D (nel piano focale della lente). In questo caso, si verificherà un modello di interferenza, determinato dalla differenza del percorso ottico dei raggi interferenti.

La differenza di cammino ottico dei raggi 1 e 2, che appare per i raggi quando percorrono la distanza dal punto A al piano CE, è pari a:

dove assumiamo che il film sia nel vuoto, quindi l'indice di rifrazione è . L'occorrenza della quantità è spiegata dalla perdita di metà della lunghezza d'onda quando la luce viene riflessa dall'interfaccia tra i media. Con title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="14" width="54" style="vertical-align: -3px;"> половина волны будет потеряна в точке А, и при величине будет стоять знак минус. Если , то половина волны будет потеряна в точке В и при будет стоять знак плюс. В соответствии с рис.1:!}

dove è l'angolo di incidenza all'interno del film. Dalla stessa figura segue che:

Teniamo conto che per il caso considerato la legge di rifrazione:

Data la perdita di mezza lunghezza d'onda:

Nel caso in cui title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="14" width="54" style="vertical-align: -3px;">, получим:!}

Secondo la condizione dei massimi di interferenza, al punto D osserveremo un massimo se:

L'intensità minima sarà rispettata nel punto considerato se:

Il fenomeno dell'interferenza può essere osservato solo se lo spessore del film raddoppiato è inferiore alla lunghezza di coerenza dell'onda incidente.

Le espressioni (8) e (9) mostrano che il pattern di interferenza nei film è determinato dallo spessore del film (abbiamo b), dalla lunghezza d'onda della luce incidente, dall'indice di rifrazione della sostanza del film e dall'angolo di incidenza (). Per i parametri elencati, ciascuna inclinazione del raggio () corrisponde alla propria frangia di interferenza. Le bande risultanti dall'interferenza dei raggi incidenti sulla pellicola agli stessi angoli sono dette bande di uguale pendenza.

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Esercizio	Quale dovrebbe essere lo spessore minimo di una pellicola di sapone (indice di rifrazione) che si trova nell'aria, in modo che la luce riflessa da essa con una lunghezza d'onda lunga m sia amplificata al massimo a causa dell'interferenza? Supponiamo che la luce sia incidente sul film lungo la normale.
Soluzione	Come base per risolvere il problema, utilizziamo la formula che abbiamo ottenuto nell'ambito della parte teorica di questa sezione. L'interferenza massima sarà rispettata se: dove m=1, per lo spessore minimo del film. Teniamo conto che, a seconda della condizione del problema, la luce cade sulla superficie del film lungo la normale, cioè, in aggiunta, notiamo che nell'espressione (1.1), mettendo un segno più davanti a , abbiamo tenuto conto che l'indice di rifrazione del film di sapone è maggiore dell'indice di rifrazione dell'aria. Quindi, dalla formula (1.1) otteniamo: Esprimi b, abbiamo: Facciamo i calcoli:
Risposta	m

Strisce di uguale pendenza (interferenza da una piastra piano-parallela)

In natura, si possono spesso osservare colorazioni iridescenti di film sottili (film d'olio sull'acqua, bolle di sapone, film di ossido sui metalli) a causa dell'interferenza della luce riflessa da due superfici del film.

Lasciare su una lastra trasparente piano-parallela con un indice di rifrazione n e spessore d ad angolo q(Fig. 4.4) sta cadendo un'onda piana monocromatica 1 .

Sulla superficie del film nel punto A, il raggio è diviso in due: è parzialmente riflesso dalla superficie superiore del film e parzialmente rifratto. Il raggio rifratto, raggiungendo il punto B, viene parzialmente rifratto nell'aria ( n = 1), ma viene parzialmente riflesso e va al punto DA. Onda (raggio) 2 incidente allo stesso angolo del raggio 1 , Esattamente DA, si rifletterà anche. Fascio emergente dal film 1 e riflessa 2 vanno nella stessa direzione e sono coerenti se la loro differenza di cammino ottico è piccola rispetto alla lunghezza di coerenza dell'onda incidente. Se una lente convergente viene posizionata sul loro percorso, i raggi convergeranno in uno dei punti del piano focale dell'obiettivo e forniranno un modello di interferenza sullo schermo, determinato dalla differenza del percorso ottico.

La differenza di percorso ottico che si verifica tra due fasci di interferenza, tenendo conto della perdita di una semionda quando la luce viene riflessa da un mezzo otticamente più denso in un punto DA è uguale a:

.

Le condizioni per i massimi e minimi di interferenza saranno rispettivamente uguali:

max

min .

Sullo schermo apparirà un sistema di anelli chiari e scuri alternati con un centro comune. Le frange di interferenza descritte sono dette frange di uguale pendenza, poiché ciascuna frangia è formata da raggi con gli stessi angoli di incidenza. Quando si illumina il piatto luce del sole l'interferenza si osserva solo se lo spessore della lastra non supera alcuni centesimi di millimetro. Se illuminato con luce con un grado di coerenza più elevato (ad esempio, radiazione laser), si osservano interferenze sulla riflessione e da lastre o pellicole più spesse.

Strisce di uguale spessore (interferenza da una lastra di spessore variabile).

Gli anelli di Newton

Quando una pellicola (lastra) di spessore variabile viene illuminata da un fascio di luce parallelo, sulla sua superficie compare un sistema di frange di interferenza. Ciascuna delle bande nasce a causa del riflesso di punti della piastra che hanno lo stesso spessore (nel caso generale, lo spessore della piastra può variare arbitrariamente). Si chiamano le frange risultanti dall'interferenza di luoghi di uguale spessore strisce di uguale spessore. Un esempio di strisce di uguale spessore

sono gli anelli di Newton. Gli anelli di Newton si osservano quando la luce viene riflessa da una lastra di vetro spesso parallela al piano e da una lente piano-convessa con un ampio raggio di curvatura che sono in contatto tra loro (Fig. 4.5). Il ruolo di un film sottile, dalle cui superfici si riflettono onde coerenti, è svolto da un traferro (di spessore variabile b ) tra la lastra e la lente. Con incidenza normale della luce, le bande di uguale spessore hanno la forma di cerchi concentrici, con incidenza obliqua - ellissi.

I raggi degli anelli di Newton chiari e scuri possono essere trovati dalla formula:

, m = 1, 2, 3

Anche m corrispondono ai raggi degli anelli luminosi, dispari m corrispondono ai raggi degli anelli scuri. valore m= 1 fiammiferi r= 0, cioè il punto in cui la lastra e la lente si toccano. A questo punto si osserva un minimo di intensità, dovuto ad un cambio di fase da p quando un'onda luminosa viene riflessa da una lastra.

Strisce di uguale spessore possono essere osservate anche nella piastra a forma di cuneo. Quindi le frange di interferenza sono parallele al bordo del cuneo.

Illuminismo dell'ottica

L'interferenza sulla riflessione da film sottili è la base dell'antiriflesso dell'ottica. Il passaggio della luce attraverso ciascuna superficie rifrangente della lente è accompagnato dalla riflessione di circa il 4% della luce incidente. Negli obiettivi complessi, tali riflessi si verificano molte volte e la perdita totale del flusso luminoso raggiunge un valore notevole. I riflessi dalle superfici dell'obiettivo causano bagliori. Nelle ottiche coattate, per eliminare il riflesso della luce, su ciascuna superficie libera della lente viene applicata una sottile pellicola di una sostanza con un indice di rifrazione diverso da quello della lente. Lo spessore del film è scelto in modo che le onde riflesse da entrambe le sue superfici si annullino a vicenda. Un risultato particolarmente buono si ottiene se l'indice di rifrazione della pellicola è uguale alla radice quadrata dell'indice di rifrazione della lente. In questa condizione, l'intensità di entrambe le onde riflesse dalle superfici della pellicola è la stessa.

In natura, si possono spesso osservare colorazioni iridescenti di film sottili (film d'olio sull'acqua, bolle di sapone, film di ossido sui metalli) a causa dell'interferenza della luce riflessa da due superfici del film. Lasciare su una pellicola trasparente parallela al piano con un indice di rifrazione n e spessore d ad angolo io(Fig. 249) cade un'onda piana monocromatica (per semplicità si consideri un raggio). Sulla superficie del film al punto o il raggio è diviso in due: è parzialmente riflesso dalla superficie superiore del film e parzialmente rifratto. Il raggio rifratto, raggiungendo il punto DA, sarà parzialmente rifratta nell'aria ( = 1) e parzialmente riflessa e andrà al punto A.

Qui viene di nuovo parzialmente riflesso (non considereremo questo percorso del raggio in futuro a causa della bassa intensità) e si rifrange, lasciando l'aria ad angolo io. I fasci 1 e 2 che emergono dal film sono coerenti se la differenza ottica tra i loro percorsi è piccola rispetto alla lunghezza di coerenza dell'onda incidente. Se una lente convergente viene posizionata sul loro percorso, convergeranno in uno dei punti R il piano focale dell'obiettivo e danno uno schema di interferenza, che è determinato dalla differenza di percorso ottico tra i fasci di interferenza.

La differenza di percorso ottico che si verifica tra due fasci di interferenza da un punto o fino all'aereo AB,

dove l'indice di rifrazione del mezzo che circonda il film è preso uguale a 1, e il termine ± /2 è dovuto alla perdita di una semionda quando la luce viene riflessa dall'interfaccia. Se una n > n o e il termine sopra avrà un segno meno se n < n o, allora nel punto si verificherà la perdita della semionda DA e /2 avranno un segno più. Secondo la fig. 249, OC = CB = d/ cos r, OA = OB peccato io = 2d tg r peccato io. Considerando per questo caso la legge di rifrazione peccato io = n peccato r, noi abbiamo

Tenendo conto della perdita di una semionda per la differenza del percorso ottico, otteniamo

(174.1)

Per il caso mostrato in Fig. 249 ( n > n di),

Al punto R sarà massimo se (vedere (172.2))

e minimo se (vedere (172.3))

È dimostrato che l'interferenza si osserva solo se lo spessore doppio della piastra è inferiore alla lunghezza di coerenza dell'onda incidente.

1. Strisce di uguale pendenza (interferenza da una piastra parallela al piano). Dalle espressioni (174.2) e (174.3) segue che il pattern di interferenza in lastre (film) piano-parallele è determinato dalle quantità , d, n e io. Per i dati, d, n ogni pendenza io i raggi hanno una propria frangia di interferenza. Si chiamano le frange di interferenza risultanti dalla sovrapposizione di raggi incidenti su una lastra piano-parallela agli stessi angoli strisce di uguale pendenza.

Raggi 1 " e 1 ", riflesse dalle facce superiore e inferiore della piastra (Fig. 250), sono parallele tra loro, poiché la piastra è parallela al piano. Pertanto, i raggi interferenti 1 " e 1 "si intersecano" solo all'infinito, quindi dicono che le strisce di uguale pendenza sono localizzate all'infinito. Per osservarle si utilizzano una lente convergente e uno schermo (E) situato nel piano focale della lente. Raggi paralleli 1 " e 1 "mettersi a fuoco F lenti (in Fig. 250 il suo asse ottico è parallelo ai raggi 1 " e 1 "), altri raggi arriveranno nello stesso punto (in Fig. 250 - raggio 2), parallelamente al raggio 1 , con conseguente aumento dell'intensità complessiva. Raggi 3 , inclinato con un'angolazione diversa, si raccoglierà in un punto diverso R piano focale della lente. È facile mostrare che se l'asse ottico dell'obiettivo è perpendicolare alla superficie della lastra, le bande di uguale pendenza sembreranno anelli concentrici centrati al fuoco dell'obiettivo.

2. Strisce di uguale spessore (interferenza da una lastra di spessore variabile). Lascia che un'onda piana cada su un cuneo (l'angolo tra le facce laterali è piccolo), la cui direzione di propagazione coincide con i raggi paralleli 1 e 2 (Fig. 251).

Di tutti i raggi in cui è diviso il raggio incidente 1 , considera i raggi 1 " e 1 ", riflesso dalle superfici superiore e inferiore del cuneo .. In una certa posizione relativa del cuneo e della lente, i raggi 1 " e 1 "si intersecano in un punto A, che è l'immagine del punto A. Dal momento che i raggi 1 " e 1 " sono coerenti, interferiranno. Se la sorgente si trova abbastanza lontano dalla superficie del cuneo e l'angolo è sufficientemente piccolo, la differenza di percorso ottico tra i fasci di interferenza 1 " e 1 " può essere calcolato con un sufficiente grado di accuratezza mediante la formula (174.1), dove come d lo spessore del cuneo viene preso nel punto in cui la trave cade su di esso. Raggi 2 " e 2 ", formato a causa della divisione del raggio 2 , cadendo in un altro punto del cuneo, vengono raccolti dalla lente nel punto MA". La differenza del percorso ottico è già determinata dallo spessore d". Così, sullo schermo appare un sistema di frange di interferenza. Ciascuna delle frange nasce a causa del riflesso da punti della lastra che hanno lo stesso spessore (nel caso generale, lo spessore della lastra può cambiare arbitrariamente). L'interferenza si chiamano le frange risultanti dall'interferenza da luoghi dello stesso spessore strisce di uguale spessore.

Poiché le facce superiore e inferiore del cuneo non sono parallele tra loro, i raggi 1 " e 1 " (2 " e 2 ") si intersecano vicino alla piastra, nel caso mostrato in Fig. 251 - sopra di essa (con una diversa configurazione del cuneo, possono intersecare anche sotto la piastra). Pertanto, le strisce di uguale spessore sono localizzate vicino alla superficie della gli spessori del cuneo sono localizzati sulla superficie superiore del cuneo.

3. Gli anelli di Newton. Gli anelli di Newton, che sono classico esempio strisce di uguale spessore si osservano quando la luce viene riflessa da un traferro formato da una lastra piano-parallela e da una lente piano-convessa con un ampio raggio di curvatura a contatto con essa (Fig. 252). Un raggio di luce parallelo cade normalmente su una superficie piana della lente e viene parzialmente riflesso dalle superfici superiore e inferiore del traferro tra la lente e la lastra. Quando i raggi riflessi sono sovrapposti, compaiono strisce di uguale spessore, che, con incidenza normale della luce, hanno la forma di cerchi concentrici.

Nella luce riflessa, la differenza di cammino ottico (tenendo conto della perdita di una semionda in riflessione), secondo (174.1), a condizione che l'indice di rifrazione dell'aria n= 1, A io= 0,R.

Sia per bande di uguale pendenza che per bande di uguale spessore, la posizione dei massimi dipende dalla lunghezza d'onda (vedi (174.2)). Pertanto, il sistema di bande chiare e scure si ottiene solo quando illuminato con luce monocromatica. Se osservato alla luce bianca, si ottiene un insieme di bande spostate l'una rispetto all'altra, formate da raggi di diverse lunghezze d'onda, e il modello di interferenza acquisisce un colore arcobaleno. Tutte le considerazioni sono state effettuate per la luce riflessa. L'interferenza può essere osservata anche nella luce trasmessa e in questo caso non si osserva alcuna perdita di semionda. Di conseguenza, la differenza del percorso ottico per la luce trasmessa e riflessa differirà di /2, ovvero i massimi di interferenza nella luce riflessa corrispondono ai minimi nella luce trasmessa e viceversa.

Lezione #8

Quando la luce passa attraverso film sottili o quando la luce viene riflessa dalla superficie di film sottili, si formano fasci di onde coerenti che possono interferire tra loro (Fig. 8.1).

Se lo spessore del film e l'indice di rifrazione Se un raggio di luce parallelo cade ad angolo, dopo una serie di riflessioni e rifrazioni successive nei punti A, B, C ed E, si formano due fasci 1" e 1"", riflessi, e due fasci 2" e 2 "", raggi che passano attraverso il film. Se il film è abbastanza sottile, tutti questi raggi rimangono coerenti e interferiscono.

La differenza di cammino ottico dei raggi riflessi dalla pellicola 1" e 1"" è pari a:

.

Per ottenere la differenza di percorso finale, è necessario tenerne conto onde luminose, come qualsiasi altra onda, riflettendo da un mezzo otticamente più denso (fascio 1 al punto A) ricevono una differenza di fase aggiuntiva pari a , cioè c'è un'ulteriore differenza di viaggio pari a . Si osserva nel punto A per il raggio 1 "a causa della sua riflessione dal confine con un mezzo otticamente più denso di quello da cui è caduto il raggio. Quando il raggio viene riflesso da un mezzo meno denso nei punti B o C, nonché durante la rifrazione dei raggi, non si verifica una tale aggiunta di una semionda.

Dal triangolo ABF e dal triangolo FBC otteniamo:

,

dal triangolo ADC:

Considerando che dalla legge di rifrazione

noi abbiamo:

,

,

,

,

.

Se l'angolo di incidenza è noto,

quindi tenendo conto

, ,

noi abbiamo

,

finalmente

.

Le condizioni per i massimi e minimi di interferenza nella luce riflessa dal film sono scritti come segue:

, .

2. Condizione per un'intensità luminosa minima

, .

La differenza ottica tra i raggi 2" e 2"" che attraversano la pellicola è pari a:

,

.

Non c'è perdita di semionda nella luce trasmessa.

Le condizioni per i massimi o minimi di interferenza nella luce che passa attraverso il film sono scritti come segue

1. Condizione per la massima intensità luminosa

, .

2. Condizioni per l'intensità luminosa minima

, .

Quindi, se nella luce trasmessa è soddisfatta la condizione di amplificazione della luce (si forma un massimo di intensità), allora nella luce riflessa per lo stesso film è soddisfatta la condizione di attenuazione (si forma un minimo di intensità) e viceversa. Ciò significa che nel primo caso il film è visibile nei fasci trasmessi e non visibile in quelli riflessi, e viceversa nel secondo. In questo caso, l'energia delle onde luminose viene ridistribuita tra i raggi riflessi e quelli trasmessi.

Se il film è illuminato con luce bianca, la condizione massima è soddisfatta per i raggi di una certa lunghezza d'onda, ad es. la pellicola è tinta. Un esempio sono i colori cangianti di film sottili osservati sulla superficie dell'acqua ricoperta da un sottile strato di prodotti petroliferi, su film di ossido, sulla superficie di un film di sapone, ecc.

Se fasci di raggi divergenti o convergenti () cadono su una pellicola uniforme e parallela al piano, dopo la riflessione o la rifrazione, i raggi incidenti con lo stesso angolo interferiranno.

Per alcuni valori è soddisfatta la condizione massima, per altri valori è soddisfatta la condizione minima. In questo caso, sullo schermo viene osservato uno schema di interferenza, chiamato banda di uguale pendenza. Per diverse bande, gli angoli di incidenza sono diversi. Bande di uguale pendenza sono localizzate all'infinito e possono essere osservate con un semplice occhio accomodato all'infinito.

Se un raggio di luce parallelo () cade su una pellicola uniforme di spessore variabile, i raggi, dopo la riflessione dalle facce superiore e inferiore della pellicola, si intersecano vicino alla superficie superiore della pellicola e interferiscono. Si osserverà uno schema di interferenza sulla superficie del film, che è chiamato striscia di uguale spessore.

La configurazione delle strisce è determinata dalla forma della pellicola; una certa striscia corrisponde al luogo dei punti in cui la pellicola ha lo stesso spessore. Sulla superficie sono localizzate strisce di uguale spessore.

Oggi parleremo di interferenza nei film sottili. Il fulcro della nostra attenzione è la scoperta, la ricerca e l'applicazione di questo straordinario fenomeno fisico.

Definizione

Prima di descrivere una legge, devi prima capire quali sono le sue componenti. Se ciò non viene fatto, il lettore potrebbe perdere dettagli importanti e la percezione fatto scientifico sarà distorto. Uno studente che ha saltato una lezione di fisica a causa di malattia o pigrizia deve assolutamente analizzare questo argomento da solo. Perché ogni concetto successivo si basa su quello precedente. Se perdi un valore, il resto della fisica sarà incomprensibile. Prima di procedere alla conclusione dell'interferenza nei film sottili, dobbiamo prima definire il fenomeno.

Questo fenomeno può riferirsi a qualsiasi processo oscillatorio. Le onde del vento, del mare e del suono possono interferire. L'interazione si verifica anche per quasiparticelle così complesse come l'oscillazione collettiva di un reticolo cristallino.

L'interferenza è un fenomeno che si verifica quando più onde si incontrano nello stesso punto. Consiste nel fatto che quando si aggiunge, l'ampiezza dell'oscillazione risultante cambia. Ciò significa che le onde possono amplificarsi, annullarsi a vicenda o andare avanti senza cambiamenti.

Luce

Il fenomeno dell'interferenza nei film sottili è l'interazione delle onde luminose. Quindi, prima di procedere alla descrizione del fenomeno, è necessario spiegare la natura di queste oscillazioni.

La luce è un quanto campo elettromagnetico. Un fotone ha le proprietà sia di un'onda che di una particella. Finché il quanto si muove attraverso lo spazio, è indistruttibile ed eterno. Prova di ciò è la luce di galassie lontane. Alcuni di loro potrebbero aver già cambiato forma o cessato del tutto di esistere. Ma la loro radiazione ha volato nello spazio per miliardi di anni, fino a raggiungere gli occhi delle persone.

La principale fonte di luce sono le transizioni elettroniche nell'atomo. Una potente reazione termonucleare avviene all'interno delle stelle, a seguito della quale tutti i tipi di radiazioni elettromagnetiche. La luce visibile è solo una piccola parte dell'intera scala accessibile alla visione umana.

Proprietà dell'onda

Per descrivere brevemente l'interferenza nei film sottili, è necessario parlare delle proprietà d'onda della luce. Per capire la forma di un'oscillazione ideale senza smorzamento, basta guardare il grafico del seno o coseno nel solito coordinate cartesiane. Le principali proprietà di un fotone sono le seguenti:

1. Lunghezza d'onda. Indicato dalla lettera greca λ. La lunghezza d'onda è la distanza tra due fasi identiche. Più chiaramente, questo valore è dimostrato come un divario tra due massimi o minimi adiacenti.
2. Frequenza. A seconda del tipo, si denota in modo diverso: la frequenza lineare è ν, la frequenza ciclica è ω, e se questo valore è espresso in funzione, allora si scrive in latino f, e sempre in corsivo. Frequenza e lunghezza d'onda sono correlate da λ * ν = c, dove c è la velocità della luce nel vuoto. Quindi, conoscendo un valore, è molto facile ottenerne un altro.
3. Ampiezza. Per l'interferenza, questa proprietà dell'onda è la più importante. Questa è l'altezza degli alti e bassi dell'oscillazione. È l'ampiezza che cambia quando due onde si incontrano.
4. Fase. Per un singolo quanto, questo fattore non ha importanza. Quando si interagisce, la differenza di fase è importante. Lo stato (massimo, minimo o tendenza verso di esse) in cui due onde giungono nello stesso punto influenza l'intensità finale durante l'interferenza.
5. Polarizzazione. In generale, questa proprietà descrive la forma dell'oscillazione. La polarizzazione della luce è lineare, circolare ed ellittica.

rifrazione, riflessione

Il fenomeno dell'interferenza della luce nei film sottili è direttamente correlato a molti altri fenomeni dell'ottica lineare.

Incontrando un ostacolo, la luce può agire in diversi modi:

• riflettere;
• rifrangere;
• dissipare;
• essere assorbito.

In quest'ultimo caso, il fotone cede la sua energia alla materia e lì si verificano dei cambiamenti. Il più delle volte è solo calore. Non c'è da stupirsi che la cosa lasciata al sole diventi molto calda. Molti quanti diversi trasferiscono la loro energia alla palla dimenticata dai bambini.

Lo scattering implica anche che la luce interagisca con la materia: viene assorbita e irradiata nuovamente. Spesso i quanti in uscita hanno una diversa lunghezza d'onda o polarizzazione.

Rifrazione e riflessione non cambiano le proprietà del raggio, la differenza è solo nella direzione di propagazione della luce.

Tutti questi processi sono coinvolti, ad esempio, nella formazione di un'immagine della superficie di un lago.

Comportamento della luce nei rivestimenti sottili

L'esempio più semplice di rivestimento in pellicola è la schiuma di sapone. Il sapone aumenta la tensione superficiale dell'acqua. Di conseguenza, forma un molto grandi aree di piccolo spessore. Bolla brilla di tutti i colori dell'arcobaleno. E ora spiegheremo perché.

La luce cade sul film. Al limite superiore del rivestimento, parte di esso viene riflessa, parte viene rifratta. Siamo interessati al secondo raggio, che si è rivelato all'interno della sostanza. Raggiunge il fondo, quindi anche una parte viene rifratta e una parte viene riflessa nella pellicola. La luce che va al mezzo successivo è persa per l'osservatore. Ma quello che ritorna al film ci interessa proprio, perché al confine viene di nuovo rifratto ed esce nel primo mezzo da cui era originariamente entrato. Si scopre che i raggi in entrata e in uscita sono paralleli tra loro. Questa è la stessa luce, solo la sua fase all'uscita è cambiata. La differenza determinerà se l'osservatore vede una banda chiara o una banda scura. Il processo descritto è l'essenza dell'interferenza nei film sottili. Gli anelli di Newton, che si osservano in un fascio di luce parallelo tra una lente convessa e una lastra di vetro piatta, sono infatti della stessa natura. Sono molto facili da osservare: anche gli scolari delle classi di fisica sono in grado di produrre questa esperienza.

Distanza tra le strisce chiare

Ci auguriamo che il lettore abbia compreso appieno il meccanismo di interazione tra la luce e i rivestimenti sottili. Ora diamo alcune formule.

All'uscita dal film si osserva uno schema di aree chiare e scure. Le aree in cui l'immagine finale ha la stessa illuminazione sono dette strisce di uguale pendenza. L'interferenza nei film sottili ci fornisce la seguente formula per calcolarli:

2m * λ = (2nh * cosβ ± λ) / 2.

Qui: λ è la lunghezza d'onda della radiazione incidente, m è l'ordine di interferenza, β è l'angolo tra il raggio rifratto per la prima volta e la normale alla superficie, n è l'indice di rifrazione del film e h è il suo spessore.

Va notato che questa condizione mostrerà il luogo dei punti delle aree più luminose

Pertanto, sono disposti solo quei raggi che cadono sulla superficie della pellicola con la stessa angolazione. Per questo si chiamano bande di uguale pendenza.

Fotocamere e occhiali

Uno studente che trova la fisica una materia noiosa si sta probabilmente ponendo la domanda: "Perché tutto questo è necessario?". Tuttavia, viene utilizzata l'interazione di rivestimenti leggeri e sottili Vita di ogni giorno abbastanza largo.

Sulle lenti di qualsiasi attrezzatura fotografica e televisiva c'è un rivestimento: la pellicola trasparente più sottile. Il suo spessore è scelto in modo che la fotocamera non dia riflessi verdi (la luce di questa lunghezza d'onda si spegne, passando attraverso uno strato sulla superficie del vetro). Questa soluzione rende l'immagine contrastata e luminosa. Dopotutto, una persona vede meglio lo spettro verde e percepisce più chiaramente le carenze di questo colore.

Il rivestimento antiriflesso viene applicato anche alle lenti di microscopi e telescopi. E non necessariamente lo spessore del film corrisponde al colore verde. Se uno scienziato studia i processi con radiazioni infrarosse o ultraviolette, l'attrezzatura lo aiuta in questo intervallo.

laser

Inoltre, l'interferenza viene utilizzata nei laser, ma questo fatto è noto a pochi.

Oggi, nessuno dei tipi può fare a meno dei laser. attività umana. Il dispositivo è composto da tre parti: pompaggio, fluido di lavoro e riflettore. Lo specchio si trova alle estremità del materiale radiante principale. Il suo scopo è raccogliere i fotoni generati di una specifica lunghezza d'onda in una direzione. Questo elemento del dispositivo è spesso una serie di film sottili, l'interferenza su cui lascia passare solo la radiazione necessaria.