Interferențe în filmele subțiri: fenomenul și condițiile de apariție a acestuia

Astăzi vom vorbi despre interferențe în filmele subțiri. Accentul atenției noastre este descoperirea, explorarea și aplicarea acestui fenomen fizic remarcabil.

definiție

Înainte de a descrie o lege, mai întâi trebuie să înțelegeți care sunt ingredientele din ea. Dacă acest lucru nu se face, atunci cititorul poate sări peste detalii importante, iar percepția faptului științific va fi distorsionată. Un elev care pierde o clasă în fizică din cauza bolii sau a lenei trebuie să dezasaminteze în mod necesar subiectul însuși. Deoarece fiecare dintre următoarele concepte se bazează pe cel precedent. Dacă pierzi o valoare, restul fizicii va fi de neînțeles. Înainte de a încheia interferența în filmele subțiri, trebuie mai întâi să determinăm fenomenul.

Acest fenomen se poate referi la orice proces vibrațional. Valurile vântului, mării și sunetului pot interveni. Interacțiunea are loc chiar și în astfel de quasiparticule complexe ca vibrația colectivă a rețelei de cristale.

Interferența este un fenomen care apare atunci când mai multe valuri se întâlnesc într-un singur loc. Aceasta constă în faptul că amplitudinea oscilației rezultate se modifică în timpul adăugării. Aceasta înseamnă că undele se pot amplifica, se pot stinge sau se pot continua fără nici o schimbare.

lumină

Fenomenul de interferență în filmele subțiri este interacțiunea undelor luminoase. Deci, înainte de a începe să descriem fenomenul, trebuie să clarificăm natura acestor oscilații.

Lumina este o cuantă a câmpului electromagnetic. Fotonul posedă proprietățile ambelor valuri și particule. În timp ce cuanticul se mișcă prin spațiu, este inviolabil și etern. Dovada este lumina unor galaxii îndepărtate. Unele dintre ele s-au schimbat deja sau chiar au încetat să mai existe. Dar radiația lor a zburat prin cosmos de miliarde de ani, până când a ajuns la privirea poporului.

Principala sursă de lumină este tranzițiile electronice într-un atom. În interiorul stelelor există o reacție termonucleară puternică, ca rezultat al emisiei tuturor tipurilor de radiații electromagnetice. Lumina vizibilă este doar o mică secțiune a întregii scale care este accesibilă viziunii umane.

Proprietățile valului

Pentru a descrie pe scurt interferența în filmele subțiri, trebuie să vorbim despre proprietățile undelor luminii. Pentru a înțelege forma unei oscilații ideale fără amortizare, trebuie doar să privim graficul sinusal sau cosinus în coordonatele obișnuite carteziene. Proprietățile principale ale fotonului sunt următoarele:

1. Lungimea de undă. Denunțată prin scrisoarea greacă lambda-. Lungimea de undă este distanța dintre două faze identice. În mod clar, această valoare este demonstrată ca diferența dintre două maxime sau minime adiacente.
2. Frecvența. În funcție de tip este indicat în moduri diferite: frecvența liniară este nu-, ciclic - omega- și dacă această valoare este exprimată ca o funcție, atunci este scrisă în litera latină f, și întotdeauna în italice. Frecvența și lungimea de undă sunt legate de lambda- * nu- = c, unde c este viteza luminii în vid. Astfel, cunoașterea unei valori, alta este foarte ușor de obținut.
3. Amplitudinea. Pentru interferențe, această proprietate a undelor este cea mai importantă. Aceasta este înălțimea maximelor și a minimelor oscilației. Este amplitudinea care se schimbă atunci când se întâlnesc două valuri.
4. Faza. Pentru un singur cuantum, acest factor nu contează. Interacțiunea este o diferență importantă de fază. Statul (maxim, minim sau aspirație pentru ei), în care două valuri au venit într-un singur loc, afectează intensitatea finală cu interferențe.
5. Polarizarea. În general, această proprietate descrie forma oscilației. Polarizarea luminii este liniară, circulară și eliptică.

Refracție, reflecție

În mod direct, fenomenul de interferență a luminii în filmele subțiri este asociat cu mai multe alte fenomene de optică liniară.

Întâmpinând un obstacol, lumina poate acționa în moduri diferite:

• afectează;
• a sparge;
• a fi împrăștiată;
• pentru a fi absorbit.

În cel de-al doilea caz, fotonul dă energia substanței și există unele modificări. Cel mai adesea e doar încălzirea. Nu e de mirare că lucrul rămas în soare devine foarte fierbinte. Multe canale diferite transmit energia copiilor uitați.

De asemenea, împrăștierea implică faptul că lumina interacționează cu materia: este absorbită și re-emisă înapoi. Adesea canalele de ieșire au o lungime de undă diferită sau o polarizare diferită.

Refracția și reflexia nu modifică proprietățile fasciculului, diferența este doar în direcția propagării luminii.

Toate aceste procese sunt implicate, de exemplu, în formarea imaginii suprafeței lacului.

Comportarea luminii în acoperiri subțiri

Cel mai simplu exemplu de acoperire a filmului este o spumă de săpun. Sapunul mărește tensiunea superficială a apei. Ca urmare, acesta formează zone foarte mari, cu o grosime mică. Bulele de săpun strălucesc cu toate culorile curcubeului. Și acum vom explica de ce.

Lumina cade pe film. Pe partea superioară a părții de acoperire a acesteia este reflectată, partea este refractată. Suntem interesați de cel de-al doilea fascicul, care sa dovedit a fi în interiorul substanței. Ea ajunge la fund, iar partea este de asemenea refracționată, iar partea este reflectată în interiorul filmului. Această lumină care se desfășoară miercurea viitoare, pentru că observatorul este pierdut. Dar cel care merge înapoi în film, ne întrebam, pentru că la frontieră este refractata din nou și este în prima zi de miercuri, de la care a venit inițial. Se pare că grinzile de intrare și de ieșire sunt paralele una cu cealaltă. Aceasta este aceeași lumină, doar faza sa la ieșire sa schimbat. Diferența va determina ce vede observatorul: o bandă ușoară sau una întunecată. Procesul descris este esența interferenței în filmele subțiri. inele Newton, care sunt observate în fasciculul de lumină paralelă între lentilă convexă și o placă de sticlă plană, au de fapt aceeași natură. Acestea sunt foarte ușor de observat: această experiență este capabilă să producă chiar și elevi de școală în lecții de fizică.

Distanța dintre benzile de lumină

Sperăm că cititorul a înțeles pe deplin mecanismul de interacțiune a luminii și straturilor subțiri. Acum oferim câteva formule.

La ieșirea din film, se observă o imagine cu zone luminoase și întunecate. Zonele în care imaginea finală are aceeași iluminare se numesc benzi egale. Interferența în filmele subțiri ne oferă următoarea formulă pentru calculul lor:

2m * lambda- = (2nh * cosbeta- ± lambda-) / 2.

aici: lambda - este lungimea de undă a radiației incidente, m este ordinea interferenței, beta este unghiul dintre fasciculul refractat pentru prima dată și normal pentru suprafață, n este indicele de refracție al filmului și h este grosimea sa.

Trebuie remarcat faptul că această condiție va arăta locusul punctelor celor mai ușoare regiuni model de interferență.

Astfel, sunt localizate doar acele fascicule care cad pe suprafața filmului la același unghi. Din acest motiv ele sunt numite benzi de pantă egală.

Camere foto și ochelari

Un școală care găsește fizica un subiect plictisitor se întreabă cu siguranță întrebarea: "De ce este necesar toate acestea?". Cu toate acestea, interacțiunea dintre acoperiri ușoare și subțiri este folosită pe scară largă în viața de zi cu zi.

Pe lentilele de orice fotografie și echipamente de televiziune este pulverizare: cel mai bun film transparent. Grosimea sa este aleasă astfel încât aparatul foto să nu lumineze verde (lumina acestei lungimi de undă se stinge, trecând prin stratul de pe suprafața sticlei). Această soluție face contrastul și luminozitatea imaginii. La urma urmei, persoana vede cel mai bine spectrul verde, iar dezavantajele acestei culori percep cel mai clar.

Iluminarea prin pulverizare se aplică și lentilelor de microscoape și telescoape. Și nu neapărat grosimea filmului corespunde culorii verzi. Dacă omul de știință studiază procesele cu radiații infraroșii sau cu radiații ultraviolete, echipamentul îl ajută în această gamă specială.

lasere

De asemenea, interferența este folosită la lasere, dar acest lucru este cunoscut de puțini.

Astăzi, fără nici un fel de lasere, niciunul dintre tipurile de activitate umană nu poate face. Dispozitivul este compus din trei părți - pompă, corp de lucru și reflector. Oglinda este situată la capetele materialului radiant principal. Scopul său este de a colecta fotonii generați de o anumită lungime de undă într-o singură direcție. Acest element al dispozitivului reprezintă adesea o serie de filme subțiri, interferența care ne permite să mergem mai departe doar la radiația dorită.