Màng mỏng và Giao thoa kế

Giao thoa màng mỏng và giao thoa kế biến đổi sự khác biệt đường truyền quang học thành các vân giao thoa có thể đo được, được sử dụng cho các lớp phủ và để đo chính xác chiều dài và hình dạng.

Definition

Việc sử dụng giao thoa giữa các sóng phản xạ từ bề mặt của các lớp mỏng, hoặc giữa các chùm tia trong một giao thoa kế, để tạo ra các mẫu vân giao thoa mà sự thay đổi của chúng cho thấy sự khác biệt đường truyền quang học với độ chính xác cao.

Scope

Chủ đề này bao gồm giao thoa được tạo ra bởi sự phân chia biên độ trong các màng mỏng và bởi các giao thoa kế. Nó bao gồm màu sắc của màng xà phòng và váng dầu, các điều kiện cho giao thoa tăng cường và giao thoa triệt tiêu trong một màng đơn, các lớp phủ đa lớp chống phản xạ và phản xạ cao, và các nguyên lý của giao thoa kế Michelson, Mach-Zehnder, Sagnac và Fabry-Perot. Nó đề cập đến cách các giao thoa kế chuyển đổi những thay đổi nhỏ trong chiều dài đường truyền thành sự dịch chuyển của các vân giao thoa để đo lường, quang phổ và cảm biến dịch chuyển và chiết suất.

Core questions

• Điều gì quyết định màu sắc nhìn thấy trong một màng mỏng như bong bóng xà phòng?
• Các lớp phủ đa lớp làm giảm hoặc tăng cường phản xạ như thế nào?
• Một giao thoa kế chuyển đổi sự thay đổi chiều dài đường truyền thành sự dịch chuyển vân giao thoa có thể đo được như thế nào?
• Điều gì phân biệt các cấu hình giao thoa kế phổ biến?

Key concepts

• giao thoa màng mỏng
• lớp phủ chống phản xạ
• thay đổi pha khi phản xạ
• giao thoa kế Michelson
• giao thoa kế Mach-Zehnder
• etalon Fabry-Perot
• dịch chuyển vân giao thoa
• đo lường quang học

Key theories

Giao thoa màng mỏng

Ánh sáng phản xạ từ bề mặt trước và sau của một lớp mỏng giao thoa; sự khác biệt đường truyền, bao gồm các thay đổi pha khi phản xạ, xác định bước sóng nào được tăng cường, tạo ra các màu sắc đặc trưng và là cơ sở cho các lớp phủ quang học.

Đo lường giao thoa

Các giao thoa kế chia ánh sáng thành hai đường và kết hợp lại, sao cho sự thay đổi ở một đường bằng một phần nhỏ của bước sóng làm dịch chuyển các vân giao thoa một cách đáng kể, cho phép đo lường dịch chuyển, bề mặt và chiết suất.

Clinical relevance

Các lớp phủ chống phản xạ cải thiện khả năng truyền ánh sáng của thấu kính trong kính hiển vi, nội soi và kính mắt, trong khi các phương pháp giao thoa cho phép đo chính xác hình thái giác mạc và chiều dài trục nhãn cầu được sử dụng trong lập kế hoạch phẫu thuật đục thủy tinh thể.

History

Newton đã nghiên cứu các vòng màu của màng mỏng mang tên ông, mặc dù ông giải thích chúng trong khuôn khổ hạt của mình. Giải thích sóng sau đó được Young và Fresnel đưa ra, và giao thoa kế của Michelson vào những năm 1880, được sử dụng trong thí nghiệm Michelson-Morley và sau đó để định nghĩa mét, đã thiết lập giao thoa kế như một công cụ chính xác.

Key figures

• Albert A. Michelson
• Ludwig Mach
• Isaac Newton

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Tại sao một lớp dầu mỏng trên mặt nước lại hiển thị màu sắc cầu vồng?

Ánh sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của lớp màng giao thoa; sự khác biệt đường truyền phụ thuộc vào độ dày màng và góc nhìn, do đó các bước sóng khác nhau được tăng cường ở các vị trí khác nhau, tạo ra các dải màu sắc thay đổi.

Lớp phủ chống phản xạ hoạt động như thế nào?

Một lớp phủ dày một phần tư bước sóng với chiết suất trung gian làm cho các phản xạ từ hai bề mặt của nó giao thoa triệt tiêu, loại bỏ phần lớn ánh sáng phản xạ và tăng cường truyền qua.