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【光学物理】增透膜是什么?干涉的实质?

2022-03-20 14:13 作者:Lit_费米子の选择_on  | 我要投稿

Tip:源自高中物理课本上的薄膜干涉,并参考了部分资料。

  • 薄膜干涉就是通过薄膜之间的距离实现入射光和反射光存在光程差,再根据光的叠加原理,实现光的干涉。

物理选修一课本上提到了照相机的镜头会敷上一层“增透膜”,使拍照更加清楚。其主要成分通常是氯化钙。那这到底是如何实现增透的?

先看一下增透膜的基本结构:

侧视图

红色线指入射光(不是指红色光!!!),若只考虑反射光(蓝线),那么经过干涉抵消后,入射光线似乎凭空消失——其携带的能量难道就“凭空消失”了?很显然这里是漏掉了折射光线(绿线)!那么应是这样认为:反射光因为干涉导致极其微弱,那么相应地,折射光就加强了,能量相当于“转移”到了折射光线上,可以类比机械波叠加时的“振动加强点”和“振动减弱点”。所以并没有违背能量守恒定律。这也是为什么“增透膜”又叫“减反膜”。

还有其他情况的干涉,如双缝干涉,迈克尔逊干涉仪,牛顿环(等厚干涉)等等,似乎都可以类似地进行解释。

迈克尔逊干涉仪——图片来自网络

初步深入:但这样从能量守恒角度,我们并没有解释清楚其本质,所以略显牵强(比如在反射光还未与入射光相遇之前进行观察,那会是怎样的?)。所以原因到底是什么?

我们需要认识到光的“波粒二象性”,同时也要了解光子本质是“概率波”。光子出现的概率是与波的一些概念是一致的。所谓的“增透膜”(还有双缝等),其实导致了光子在不同位置的概率发生改变,再根据能量守恒可知。并且干涉不是直接的“抵消”,只是波的一个叠加而已,而在宏观上展现为“消失”。所以,在光子通过薄膜之前,其实它已经“知道”了该怎么走,也就是路径一定——为折射的路径。那么最终在宏观上就显现出折射加强,反射减弱。

如上讨论只是浅尝辄止,可能需要更多计算来严谨说明。

这里面还涉及了“半波损失”等问题,就不加赘述了。

半波损失:

媒质密度和波速的乘积称为波阻。波阻大的媒质称为波密媒质,波阻小的媒质称为波疏媒质。

波从波疏介质射向波密介质时反射过程中,反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达入射点时的振动相反,或者说,反射波相对于入射波相位突变π,这种现象叫做半波损失。

Note:上面提到的其他干涉情况的解释可看看这篇文章。https://blog.sciencenet.cn/blog-683052-936291.html


能力有限,望多多指教!喜欢可以长按点赞三连!<_<

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