Häiriö ohuissa kalvoissa

Ohutkalvojen häiriö on ilmiö, joka johtuu valonsäteen erottumisesta heijastuksen yhteydessä ohuen kalvon ylä- ja alarajoista. Tuloksena on kaksi valoaaltoa, jotka voivat häiritä . Ohutkalvon häiriöt selittävät väripaletin, joka näkyy valossa, joka näkyy saippuakuplista ja öljykalvoista veden pinnalla. Tämä ilmiö on myös kameran linsseissä, peileissä, optisissa suodattimissa ja heijastamattomissa pinnoitteissa käytetty mekanismi.

Teoria

Aallonpituinen valonsäde , joka etenee ilmaväliaineessa, jonka taitekerroin , putoaa taitekertoimen omaavan kalvon pinnalle jaetaan kahdeksi säteeksi. Osa heijastuu yläpinnalle ja osa taittuu. Taittunut säde saavuttaa alarajan, sitten heijastuu siitä ja taittuu jälleen, poistuu ilmaan koherentisti ensimmäisen säteen kanssa. Kahden säteen koherenssiehdosta johtuen havaitaan interferenssikuvio, joka määräytyy häiritsevien säteiden välisen optisen polun eron perusteella: $\lambda$ $n_{1}=1$ ${\displaystyle n_{2}>n_{1))$

\Delta =L_{2}-L_{1}=n_{2}(OC+CB)-n_{1}(AO+{\frac {\lambda _{0}}{2}})

(yksi)

\ \mathrm {OC} =\mathrm {CB} ={\frac {d}{\cos(r)))

\ \mathrm {AO} =\mathrm {OB} \sin(i)

\ \mathrm {OB} =2\cdot \mathrm {OK} =2\mathrm {d} \cdot \operaattorinimi {tg(r)}

Kun otetaan huomioon taittumislaki ( Snellin laki ):

$\ {\frac {\sin(i)}{\sin(r)}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}$

Saamme: $\ \sin(i)=n_{2}\cdot \sin(r)$

\ \mathrm {AO} =\mathrm {OB} \cdot \sin(i)=2\mathrm {d} \cdot \operaattorinimi {tg(r)} \cdot \sin(i)={\frac {2d\cdot n_{2}\cdot \sin ^{2}(r)}{\cos(r)))

Korvaa sisään

{\näyttötyyli \ (1)}

$\Delta =2d{\sqrt {n^{2}-\sin ^{2}i}}-{\frac {\lambda _{0}}{2}}$ . [yksi]

Kaksi sädettä antaa maksimin jos ja tulee olemaan minimi jos ${\displaystyle \Delta =\pm m\lambda _{0))$ $\Delta =\pm (2m+1){\frac {\lambda _{0}}{2}}$

Valon maksimivoimakkuuden ehto häiriön aikana: $\ 2d{\sqrt {n^{2}-\sin ^{2}i}}-{\frac {\lambda _{0}}{2}}=m\lambda _{0};( m = 0,1,2...)$

Valon vähimmäisvoimakkuuden ehto häiriön aikana: $\ 2d{\sqrt {n^{2}-\sin ^{2}i}}-{\frac {\lambda _{0}}{2}}=(2m+1){\frac { \lambda _{0}}{2}};(m=0,1,2...)$

Historia

Ohutkalvointerferenssi on luonnossa yleisesti havaittu ilmiö, jota esiintyy erilaisissa kasveissa ja eläimissä. Yksi varhaisimmista tunnetuista tutkimuksista tästä ilmiöstä oli Robert Hooken vuonna 1665. Hooke oletti, että sateenkaaren riikinkukon höyhenissä aiheuttivat ohuet vuorottelevat levy- ja ilmakerrokset [2] .

Vuonna 1816 Fresnel viimeisteli valon aaltoteorian . Sateenkaaresta oli kuitenkin hyvin vähän selityksiä 1870-luvulle saakka, jolloin James Maxwell ja Heinrich Hertz auttoivat selittämään valon sähkömagneettista luonnetta.

Fabry-Perot-interferometrin keksimisen jälkeen vuonna 1899 ohutkalvohäiriömekanismeja voitiin osoittaa laajemmassa mittakaavassa. Kuitenkin 1900-luvun alkuun asti tiedemiehet selittivät eri eläinten, kuten riikinkukkojen ja skarabeekuoriaisten, irisoivaa väriä väriaineiden tai pigmenttien läsnäololla, jotka muuttavat väriä eri katselukulmissa.

Vuonna 1919 lordi Rayleigh ehdotti, että kirkkaat, muuttuvat värit eivät johtuneet väriaineista, vaan mikroskooppisista rakenteista, joita hän kutsui "rakenneväreiksi" [3] .

Ensimmäinen ohutkalvopinnoitteiden valmistus tapahtui aivan vahingossa. Vuonna 1817 Joseph Fraunhofer havaitsi, että lasin tahraus typpihapolla voi vähentää pintaheijastuksia.

Vuonna 1819 katsellessaan alkoholikerroksen haihtumista lasilevystä Fraunhofer totesi, että värit ilmestyivät juuri ennen kuin neste oli haihtunut kokonaan, ja havaitsi, että mikä tahansa ohut läpinäkyvän materiaalin kalvo luo värejä.

Ohutkalvopinnoitusteknologiassa saavutettiin pieni edistysaskel vuonna 1936, kun John Strong alkoi höyrystää fluoriittia tehdäkseen heijastamattomia pinnoitteita lasille.

Vuonna 1939 Walter H. Geffken loi ensimmäiset häiriösuodattimet käyttämällä dielektrisiä pinnoitteita.

Sovellus

Kaupallisissa projekteissa ohuita kalvoja käytetään heijastamattomissa pinnoitteissa, peileissä ja optisissa suodattimissa. Ne voidaan suunnitella ohjaamaan heijastuneen tai läpäisevän valon määrää pinnalle tietyllä aallonpituudella.

Ellipsometria on tekniikka, jota käytetään usein ohuiden kalvojen ominaisuuksien mittaamiseen. Polarisoitunut valo heijastuu kalvon pinnalta ja mitataan ilmaisimella. Sitten suoritetaan mallianalyysi, jossa näiden tietojen perusteella määritetään kalvokerroksen paksuus ja taitekertoimet. Kaksoispolarisaatiointerferometria on uusi tekniikka ohuiden molekyyliskaalan kalvojen taitekertoimen ja paksuuden mittaamiseen.

Galleria

Kirkas interferenssikuvio havaitaan, kun valo heijastuu ohuen öljykalvon ylä- ja alarajalta. Erilaisia raitoja muodostuu, kun kalvon paksuus pienenee keskipisteestä.
Valon värit heijastavat saippuakuplasta
Ohutkalvon ylä- ja alarajalta heijastuneen valon optisen reitin pituuden eron osoittaminen.
Ohutkalvohäiriö, joka johtuu Airbusin ohjaamon ikkunan ITO -pinnoitteen sulamisesta .
Bensiini vedessä näyttää kirkkaita ja tummia juovia, kun se valaistaan 589 nm:n laservalolla.
Rakentava vaihevuorovaikutus
Tuhoavan vaiheen vuorovaikutus
Ohut kalvot häiritsevät saippuakuplaa. Väri riippuu kalvon paksuudesta.
Valo putoaa saippuakalvolle ilmassa
Valo putoaa öljykalvolle veden päälle
Valoa putoaa lasin heijastuksenestopinnoitteeseen
Riikinkukon perhonen siipien siniset täplät johtuvat ohuiden kalvojen häiriöistä. [yksi]
Leinikkikukkien loisto johtuu ohuiden kalvojen häiriöistä. [2]
Optinen ikkuna heijastamattomalla pinnoitteella. 45° kulmassa pinnoite on hieman paksumpi kuin tuleva valo, jolloin keskiaallonpituus siirtyy kohti punaista ja heijastuksia näkyy spektrin violetissa päässä. 0°:ssa, jota varten tämä pinnoite on suunniteltu, ei käytännössä ole heijastusta.
Värien kovettuminen tapahtuu, kun terästä kuumennetaan ja pinnalle muodostuu ohut rautaoksidikalvo. Väri ilmaisee lämpötilan, jonka teräs on saavuttanut, joten tämä on yksi varhaisimmista käytännön sovelluksista häiriöille ohuissa kalvoissa.
Irisoivat häiriövärit öljykalvossa

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Stavenga, DG Ohutkalvo ja monikerroksinen optiikka indusoivat rakenteellisia värejä monissa hyönteisissä ja linnuissa // Materials Today: Proceedings: Journal. - 2014. - T. 1 . — S. 109–121 . - doi : 10.1016/j.matpr.2014.09.007 . (Venäjän kieli)
↑ Van Der Kooi, CJ; Elzenga, JTM; Dijksterhuis, J.; Stavenga, DG Glossy Buttercup Flowersin toiminnallinen optiikka // Journal of the Royal Society Interface : päiväkirja. - 2017. - Vol. 14 , ei. 127 . — P. 20160933 . - doi : 10.1098/rsif.2016.0933 . — PMID 28228540 .

Kirjallisuus

Khramov Yu. A. Fresnel Augustin Jean // Fysiikka : Elämäkertaopas / Toim. A. I. Akhiezer . - Toim. 2nd, rev. ja ylimääräistä — M .: Nauka , 1983. — S. 283. — 400 s. - 200 000 kappaletta.
Valon häiriöt / M. D. Galanin // Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja: [30 nidettä] / ch. toim. A. M. Prokhorov. - 3. painos - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
Ohutkalvo ja monikerroksinen optiikka saavat aikaan monien hyönteisten ja lintujen rakenteellisen värin. Tämän päivän materiaalit: Proceedings, 1S, 109-121 (2014).

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)