Avec cette simulation, vous pouvez explorer les interférences à film mince. Lorsque la lumière voyageant dans un milieu est incident sur un mince film de matériau qui est en contact avec un autre milieu, une certaine lumière se reflète sur la surface avant du film, et une certaine lumière passe par le film, réfléchit sur la surface arrière du film, et émerge de nouveau dans le milieu d’origine. Ces deux ondes réfléchies interfèrent alors l’une avec l’autre. L’interférence peut être constructive, destructrice, ou quelque chose entre les deux, selon l’épaisseur du film.

Notez que, dans la simulation, l’onde d’incident est affichée sur le dessus. La vague qui se reflète sur la surface avant du film est déplacée en dessous, de sorte que nous pouvons le voir facilement sans qu’il soit au-dessus de la vague d’incident. La vague qui se reflète sur la surface arrière du film est déplacée encore plus loin en dessous. Regardez l’interférence qui se produit entre les deux ondes réfléchies voyageant vers la gauche dans le premier milieu.

Nous pouvons commencer notre analyse en pensant à la différence de longueur de chemin qui se produit pour les deux vagues. Une vague rebondit juste sur le film, tandis que l’autre vague passe par le film, réfléchit, et voyage à travers le film à nouveau avant de revenir dans le premier milieu. Si l’épaisseur du film est t, alors la deuxième vague parcourt une distance supplémentaire de 2 t par rapport à la première vague. La différence de longueur de chemin, en d’autres termes, est de 2t.

D’après notre compréhension antérieure de l’interférence, nous pourrions nous attendre à ce que si cette différence de longueur de chemin était égale à un nombre entier de longueurs d’onde, nous verrions des interférences constructives, et si la différence de longueur de chemin était un nombre entier de longueurs d’onde, nous verrions des interférences destructrices. C’est un peu plus compliqué que cela, cependant - il ya deux autres idées que nous devons considérer.

Tout d’abord, nous avons jusqu’à trois médias dans cette situation, et la longueur d’onde de la lumière est différente dans les différents médias - quelle longueur d’onde est-ce vraiment important? Pour satisfaire les conditions d’interférence, nous devons aligner la vague qui descend et revient dans le film avec la vague qui rebondit sur le dessus du film. Ainsi, c’est la longueur d’onde du film qui compte vraiment.

Notez que la longueur d’onde dans n’importe quel milieu est liée à la longueur d’onde dans le vide par l’équation : λmedium = λvacuum / nmedium

Deuxièmement, nous devons tenir compte du fait que lorsque la lumière se reflète à partir d’un milieu plus élevé, elle est inversée (il n’y a pas d’inversion lorsque la lumière se reflète à partir d’un milieu inférieur à n). L’inversion d’une onde sinusoïdale équivaut à simplement déplacer l’onde d’une demi-longueur d’onde. Ainsi, dans notre situation de film mince, si les deux réflexions entraînent une inversion, ou ni l’un ni l’autre, la différence de 2 t de longueur de chemin que nous avons dérivée ci-dessus est tout ce que nous devons considérer. Si une seule des réflexions entraîne une inversion, cependant, la différence efficace de trajectoire-longueur est de 2t plus ou moins (il n’a pas vraiment d’importance qui) une demi-longueur d’onde.

Une fois que nous avons déterminé la différence efficace de longueur de chemin entre les deux vagues, nous pouvons définir cela égal à la condition d’interférence appropriée. Cela nous donne une équation qui relie l’épaisseur du film mince à la longueur d’onde de la lumière dans le film.

Activités:

1. Commencez avec seulement la source de lumière rouge allumée, et montrant l’interférence pour la lumière rouge. Avec les réglages initiaux des indices de réfraction des différentes couches, varier l’épaisseur du film pour déterminer quelles épaisseurs de film entraînent des interférences constructives pour la lumière réfléchie, et qui entraînent des interférences destructrices pour la lumière réfléchie. Exprimer ces épaisseurs en fonction de la longueur d’onde de la lumière rouge dans le film. Voyez-vous un motif dans ces deux ensembles d’épaisseurs?
2. Dans la limite que l’épaisseur du film va à zéro, quel genre d’interférence se produit pour la lumière réfléchie? Comment pouvez-vous expliquer cela?
3. Maintenant, ajuster l’indice de réfraction du milieu 1 de sorte qu’il soit plus grand que celui du milieu 2. Répétez les observations que vous avez faites aux étapes 1 et 2 ci-dessus. Quelles similitudes et différences observez-vous pour vos deux séries d’observations?
4. Trouvez la plus petite épaisseur de film non nulle qui donne une interférence constructive pour la lumière réfléchie lorsque la lumière est rouge. Maintenant, faites une prédiction - lorsque vous passez à la lumière verte, sera la plus petite épaisseur de film non-zéro qui donne interférence constructive pour la lumière verte être plus grand que, plus petit que, ou égal à l’épaisseur que vous avez trouvé pour la lumière rouge. Justifiez votre prédiction, puis essayez-la pour voir si vous aviez raison. Répétez le processus pour la lumière bleue.
5. À gauche de la simulation, vous pouvez voir quelques boîtes colorées représentant la couleur de la lumière incidente, la lumière réfléchie et la lumière transmise. Par exemple, si vous avez à la fois la lumière rouge et bleue incident, la lumière incident serait violet pour vous, parce qu’il est en fait rouge et bleu mélangé ensemble. Avec cette lumière d’incident pourpre (rouge et bleu, c’est-à-dire) vous pouvez trouver une épaisseur de film qui produit la lumière réfléchie bleue et la lumière rouge transmise ? Si oui, comment pouvez-vous expliquer cela?