Интерференция в тонких плёнках

Интерференция в тонких плёнках возникает при наложении световых волн, отражённых от верхней и нижней поверхностей тонкого слоя, например, мыльного пузыря или нефтяной плёнки. Данный симулятор визуализирует интерференционную картину, создаваемую плёнкой переменной толщины, в частности, клиновидной плёнкой. Основной физический принцип — разность фаз δ, набегающая между двумя отражёнными лучами. Эта разность фаз зависит от оптической разности хода (ОРХ), которая является функцией толщины плёнки (d), её показателя преломления (n), угла падения (θ) и длины волны света (λ). Для почти нормального падения ОРХ приблизительно равна 2nd. Важная деталь — фазовый сдвиг на π (или сдвиг на полдлины волны), который возникает при отражении света от границы раздела среды с меньшим показателем преломления к среде с большим показателем; симулятор корректно учитывает это условие. Результирующая интенсивность для заданной длины волны определяется выражением I = I₀ cos²(δ/2), где δ = (2π/λ) * ОРХ + π. Симулятор показывает возникающие цветные полосы при изменении толщины, преобразуя функцию cos² в видимые цвета с помощью аддитивной RGB-модели на основе спектрального распределения интенсивности I(λ). Ключевые упрощения включают предположение о полностью когерентных монохроматических источниках света для базового расчёта, игнорирование эффектов многократных отражений внутри плёнки (справедливое приближение для плёнок с низкой отражательной способностью) и моделирование клина с линейным градиентом толщины. Взаимодействуя с элементами управления для n, d и θ, студенты учатся предсказывать расстояние между полосами, понимать, как цвета возникают из-за конструктивной и деструктивной интерференции разных длин волн, и непосредственно видеть связь между оптической разностью хода и наблюдаемой интенсивностью.