作者：彭晓韬
日期：2020.04.28
[文章摘要]：薄膜干涉是一种日常生活中很常见的物理现象，对其干涉条件也有比较系统性的研究。但就自然光(太阳光)条件下，往往大于一定厚度的薄膜(也是为什么叫薄膜干涉而不叫膜干涉的原因所在)是不会出现干涉的，而厚度小到与可见光波长相近的肥皂泡，甚至接近分子直径的油膜却可以产生干涉现象。这就与光程差大于光的半波长即可产生干涉的条件相背。也与光是具有动能与动量的粒子假设相背：光子为什么不会穿透薄到与分子直径接近的油膜，反而会在分子表面与底面形成反射？本文就此提出一些不成熟的看法与想法，供有兴趣进一步研究者参考。
一、薄膜干涉现象及机理简介
从上图一和二可知：在太阳光照片下，空气中分布较均匀的微小水滴可使太阳光产生散射并形成类似薄膜干涉一样的彩虹。其机理是：水滴表面的散射光与入射进水滴并被水滴内表面反射出来的透射光合并并照射到人眼时，其复合后的光的主频会因入射进入水滴内部再被反射而透射出来的光程差主要与视角度有关而出现不同颜色的光带：波长与光程差相同或相近或成倍数关系的光将得到加强，其它波长的光将变弱。光程差小的复合后得到加强的光的频率偏高而呈现出蓝色光带，反之呈现出红色光带。视高度大于太阳视高度的水滴产生的光程差随视高度减小，因此，红光带在下方，蓝光带在上方；而视高度小于太阳视高度的水滴产生的光程差随视高度增大，因此红光带在上方，蓝光带在下方。这就是彩虹为什么会出现上下颜色颠倒的原因所在。
图四：薄膜干涉动图
一．光学薄膜的原理及应用
简单地说，整个光学薄膜的物理依据就是光的干涉。
所谓光学薄膜，首先要薄，然后要产生一定的光学效应。
“薄”的程度：
a)定性描述，光学薄膜的厚度要和入射光波长可以相比拟。
b)物理意义：能够产生干涉现象的膜层。
薄膜光学是物理光学的一个重要分支，它研究的对象是膜层对光的反射、透射、吸收以及位相特性、偏振特性等。
光在通过分层媒质时，来自不同界面的反射光、透射光在光的入射及反射方向上产生光的干涉现象，利用这种干涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来人为控制光的干涉，根据需要实现光能的重新分配。
光学薄膜可以分为两大类：
a)光学薄膜：光横穿过薄膜进行传播。
b)薄膜波导：光沿着平行薄膜界面的方向在薄膜内传播。
光学薄膜在光学系统中的作用：
a)提高光学效率、减少杂光，如减反膜(增透膜)?
海冬
由薄膜产生的干涉。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源(面光源)，则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。
薄膜干涉中两相干光的光程差公式为
式中n为薄膜的折射率；t为入射点的薄膜厚度；θt为薄膜内的折射角；±λ／2?是由于两束相干光在性质不同的两个界面(一个是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面)上反射而引起的附加光程差。薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。
等倾干涉和等厚干涉是薄膜干涉的两种典型形式。
由薄膜上、下表面反射(或折射)光束相遇而产生的干涉．薄膜通常由厚度很小的透明介质形成．如肥皂泡膜、水面上的油膜、两片玻璃间所夹的空气膜、照相机镜头上所镀的介质膜等．比较简单的簿膜干涉有两种，一种称做等厚干涉，这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉．另一种称做等倾干涉．当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉．等倾干涉一般采用扩展光源，并通过透镜观察．
把两块干净的玻璃片紧紧压叠，两玻璃片间的空气层就形成空气薄膜．用水银灯或纳灯作为光源，就可以观察到薄膜干涉现象．如果玻璃内表面不很平，所夹空气层厚度不均匀，观察到的将是一些不规则的等厚干涉条纹，通常是一些不规则的同心环．若用很平的玻璃片(如显微镜的承物片)则会出现一些平行条纹．手指用力压紧玻璃片时，空气膜厚度变化，条纹也随之改变．根据这个道理，可以测定平面的平直度．测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的隆起或下陷都可以从条纹的弯曲上检测出来．若使两个很平的玻璃板间有一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可用来测很小的长度．
20-01-12
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