Interferens i tunna skikt

I häftet Ljus som vågrörelse finns en del som förklarar hur interferens kan uppstå i tunna skikt. Interferens är som bekant fenomenet då två vågor förstärker eller släcker ut varandra. Vi har tittat på det när ljus passerar genom smala spalter, varpå vi kan se förstärkningar respektive utsläckningar på en skärm.

Det finns även mindre ”krystade” exempel på interferens i naturen, nämligen då ljus reflekteras mot ovansidan respektive undersidan av ett tunt skikt (se schematisk bild i häftet ovan). T ex är åtminstone vissa fjärilars färgteckning inte pigment, utan färgerna uppstår då ljus reflekteras från olika nivåer. Även påfågelns färgteckning uppkommer ur interferens; se nedanstående bild som är hämtad ur Wikipedias filarkiv.

I bilden som förklarar interferens i tunna skikt i häftet ser man hur strålar reflekteras från toppen respektive botten av ett skikt. Det är i två dimensioner, medan en stor del av den verklighet vi lever i är i tre dimensioner. I tre dimensioner kommer vi i många fall se att interferensmönstren utgörs av ringar (se t ex olja på vatten och ovanstående bild på påfågelfjädern). Generellt kan sägas att ”en ring (ljus eller mörk) uppstår för varje halv våglängd som skiktet utgör” (motsvarande i två dimensioner, t ex ett gitter, är att en ljus eller mörk frans uppstår då vägskillnaden mellan två ljusstrålar är en hel våglängd). Se t ex Uppgift 3.15 (en mörk ”rand” för varje halv våglängdsskillnad) och 3.16 (hinnan ökar i tjocklek, och tjockleksskillnaden mellan såväl två mörka områden och två röda områden är just en halv våglängd). Orsaken till att det är en halvvåglängd i skillnad (för gitter och dubbelspalter gäller som sagt att vägskillnaden för två ljusstrålar är en hel våglängd mellan två ljusa eller två mörka fransar) är att ljuset måste passera både nedåt och uppåt i skiktet; när ljuset har kommit ned till botten väder det upp en lika lång sträcka innan interferens sker, totalt sett har det då färdats ett helt antal våglängdsskillnader om konstruktiv eller destruktiv interferens uppstår.

Några bra formler, vars teori är beskrivna i häftet, som kan använda i uppgifterna 3.15 – 3.17 i Heureka! B:

, där m=0, 1, 2,… (utskriven i häftet) för konstruktiv interferens samt

, där m=0, 1, 2,… för destruktiv interferens (ej utskriven i häftet)

I båda fallen är t tjockleken, m ordningstalet och n är brytningsindex på skiktet. Brytningsindex måste användas då vägskillnaden är i skiktet då våglängden förändras med brytningsindex.