薄膜干涉

可观察到的干涉效应不限于双缝几何托马斯年轻。薄膜干涉现象的结果,每当光反射两个表面相隔的距离与其波长相当。表面之间的“薄膜”可以是一个真空、空气或任何透明的液体固体。在可见光下,明显的干涉效应仅限于厚度在几微米量级的薄膜。一个熟悉的例子是肥皂泡的薄膜。从气泡反射的光是两种波的叠加——一种反射前表面,另一种反射后表面。两个反射波在空间上重叠并相互干扰。根据肥皂膜的厚度,这两种波可能相互干扰或相互干扰。充分分析表明,对于单波长λ的光,当薄膜厚度为λ/ 4,3 λ/ 4,5 λ/4,…时存在构形干涉,当薄膜厚度为λ/2, λ, 3λ/2,....时存在破坏干涉

白色照亮一片肥皂膜,亮晶晶的带状颜色观察到不同的波长遭受破坏性干扰,并从反射。剩余的反射光呈现为互补色去除的波长(例如,如果红色的光被消光干涉除去,反射光会呈现青色)。油在水中的薄膜也会产生类似的效果。在自然界中,某些鸟类的羽毛,包括孔雀而且蜂鸟,以及一些甲虫的壳彩虹色,其中反射的颜色随着视角的变化而变化。这是由薄层状结构或规则结构反射光波的干涉引起的数组反射棒。类似地,珍珠而且鲍鱼贝壳因多层珍珠层的反射而产生的干扰而呈彩虹色。宝石蛋白石展示美丽的干涉效果产生的散射由微小的球形粒子形成的规律的光。

光干涉效应有许多技术应用。相机镜头上常用的增透膜是厚度和指数为的薄膜折射用于对可见光的反射产生破坏性干扰。更专业的涂层,由多层薄膜组成,被设计成只在狭窄的波长范围内传输光,因此起到波长滤波器的作用。也可用于多层涂料增强天文望远镜和激光光学腔镜的反射率。干涉测量的精密技术通过监测反射光干涉图样的条纹位移来测量相对距离的微小变化。例如,光学元件表面的曲率是用干涉法监测到一个光学波长的分数。

衍射

17世纪耶稣会数学家弗朗西斯科·格里马尔迪(Francesco Grimaldi)首次观察到,当光通过障碍物时,几何阴影中可见的明暗条纹的微妙模式就是一个例子衍射现象。衍射是波叠加的产物,是干涉效应。当一个波受到阻碍时,不受阻碍影响的那部分波在阻碍之外的空间区域内相互干扰。的数学衍射是相当复杂的,直到1818年这位法国物理学家才提出了详细的、系统的理论Augustin-Jean菲涅耳

荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯首先阐述了理解衍射的基本原理:a上的每一点波阵面可以认为是球面小波的二次源。前进波阵面的形状是由重叠球面小波的包络决定的。如果波是通畅的,惠更斯原理是否不需要用几何法则来决定它的演化光学足够了。(然而,注意几何光学的光线总是垂直于前进的波前;从这个意义上说,光线的运动最终总是由惠更斯原理决定的。惠更斯原理在波遇到障碍或在其他情况下遇到孔径时就变得必要了不透明的表面。因此,对于一个平面波通过一个小孔径,只有起源于孔径内的小波对透射波有贡献,它被看到传播到孔径的几何阴影区域。

菲涅耳将杨的干涉原理纳入惠更斯的结构中,并计算了由干涉次级小波产生的详细强度模式。用于观看屏幕的距离l从一个宽度的狭缝一个,波长λ的光产生的中心强度最大值约为λl/一个宽。这一结果突出了衍射最重要的定性特征:只有当障碍物或孔径的大小与波的波长相同时,这种效应才通常明显。例如,audible声音波的波长约为一米,很容易在普通物体周围衍射。这就是为什么在角落里可以听到声音。另一方面,可见光的波长只有可见光的几分之一微米因此,它不会在大型物体周围明显弯曲。只有杨,菲涅耳和他们在19世纪早期进行的最仔细的测量同时代的人揭示了可见光衍射的细节。