薄膜干涉

你是否曾經好奇，為什麼肥皂泡能在陽光下閃耀著五彩斑斕的色彩？或者為什麼水面上的油漬會像彩虹一樣變幻莫測？這些現象背後，隱藏著一個奇妙的物理原理——薄膜干涉。當光線遇到一層極薄的透明薄膜（如肥皂泡或油膜）時，部分光線會從薄膜表面反射，而另一部分則穿透薄膜，從底部反射回來。兩束光在回到觀察者眼中時，會因為行進距離不同而發生干涉，有些波長的光被增強，有些則被削弱，最終形成我們看到的繽紛色彩。接下來這篇文章將會更深入地探討這個神奇現象!

圖例一:白射光照射於煤油薄膜，會顯示出色彩繽紛的干涉圖樣

假設照射一束光波於薄膜，由於折射率不同，光波會被薄膜的上界面與下界面分別反射，因相互干涉而形成新的光波，這現象稱為薄膜干涉。這種情況下，薄膜的上下表面同時反射光線。總反射光是兩部分反射光的總和。由於光的波動性，兩個界面的反射光可能干涉相長（強度增加）或干涉相消（強度減小），這取決於它們的相位關係。相位關係取決於兩個反射光不同的光程，而光程取決於薄膜厚度，光學常數，和波長。

又光線由光疏介質進入光密介質被反射，光的相位會轉180度（i必須+1/2），所以當光程差2nd = (i+1/2)λ時，兩組反射光干涉相長；相反的，當光程差2nd = iλ時，兩組反射光相位相反，因而干涉相消。（d是薄膜厚度，i是整數，2是因為下表面反射光穿過薄膜兩次）。

由此可以看出，薄膜反射率隨著1/波長（波長倒數）周期性地變化，如下圖所示。較厚的薄膜在給定波長範圍內有較多的振盪，而較薄的膜在給定波長範圍內有較少，常常不完整的振盪。

圖例二

薄膜干涉是一個將科學與美學完美結合的現象。從肥皂泡的七彩光芒，到油漬水面上的變幻色彩，它提醒我們，即使是最細微的結構，也能揭示出自然界的宏大奧秘。理解這些原理，不僅能幫助我們掌握光學的知識，還能培養我們對日常生活中美麗細節的欣賞力。下一次，當你看到這些閃耀的光影時，別忘了，那是光在與薄膜共舞，為我們呈現的一場科學與藝術的交響曲！

 

參考資料:

1.Wikipedia contributors..薄膜干涉. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved Dec 24, 2024, from

https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%96%84%E8%86%9C%E5%B9%B2%E6%B6%89