接上一篇采用薄膜干涉策略構(gòu)建氮化鋁彩色功能薄膜 中我們講到了物體顏色的起源，現(xiàn)在我們來了解下薄膜干涉的原理：假設(shè)照射一束光波于薄膜，由于折射率不同，光波會(huì)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(xiàn)象稱為薄膜干涉。由于光的波動(dòng)性，兩個(gè)界面的反射光可能干涉相長(zhǎng)（強(qiáng)度增加）或干涉相消（強(qiáng)度減?。?，這取決于它們的相位關(guān)系。如果兩束光的波峰或波谷重合，就會(huì)增強(qiáng)光的干涉效應(yīng)，形成亮條紋（圖2(a))；如果兩束光的波峰和波谷錯(cuò)開，就會(huì)相互抵消，形成暗條紋(圖2(b))。相位關(guān)系取決于兩個(gè)反射光不同的光程，而光程取決于薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)和波長(zhǎng)。

薄膜干涉原理解釋了光線通過薄膜時(shí)發(fā)生的干涉現(xiàn)象和顏色變化，具有廣泛的應(yīng)用。例如，在光學(xué)領(lǐng)域，薄膜干涉被用于制造反射鏡、透鏡、光學(xué)濾波器等光學(xué)器件。薄膜干涉還可以應(yīng)用于材料表面的薄膜涂層，用于調(diào)控光的反射、透射和吸收特性。此外，在生物科學(xué)中，薄膜干涉也被應(yīng)用于細(xì)胞觀測(cè)和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究等領(lǐng)域。通過薄膜厚度、折射率和入射光的波長(zhǎng)，可以計(jì)算和預(yù)測(cè)干涉條紋的位置和顏色變化。這個(gè)原理在光學(xué)器件制造和材料科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和重要的意義。

圖2. 薄膜干涉原理。(a)相長(zhǎng)干涉，（b)相消干涉，（c)薄膜干涉光程差示意圖

薄膜干涉原理如圖2(c)所示，當(dāng)光線由疏介質(zhì)n0進(jìn)入密介質(zhì)n被反射，是要發(fā)生半波損失的，即反射光在離開反射點(diǎn)A時(shí)，振動(dòng)方向相對(duì)于入射波到達(dá)入射點(diǎn)A時(shí)的振動(dòng)相差半個(gè)周期，光的相位會(huì)轉(zhuǎn)180度（光線1）。相反的，透射到薄膜中的折射光線在薄膜下表面B發(fā)生反射時(shí)，是從光密介質(zhì)n向光疏介質(zhì)n0，此時(shí)發(fā)生反射的時(shí)候沒有發(fā)生半波損失（光線2），相位不變。半波損失使得光線1相位變化了π。因此，光線1和2的光程差為[3,4]

Δ=2ndcosθ+λ/2（1）

結(jié)合雙縫干涉條件[2]，可以推導(dǎo)得到：

亮條紋條件：  Δ=2ndcosθ+λ/2=2k·λ/2（2）

暗條紋條件： Δ=2ndcosθ+λ/2=(2m+1)·λ/2（3）

式中，n為薄膜的折射率；λ為入射光的波長(zhǎng)；d為薄膜厚度；θ為薄膜上表面折射角；k為正整數(shù)；m為非負(fù)整數(shù)；λ/2是由于兩束相干光在光疏/光密界面上反射而引起的附加光程差。

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