Physik-LK · Skript 4 · Wellenoptik

Interferenz an dünnen Schichten

Licht wird an beiden Grenzflächen einer dünnen Schicht (Dicke d, Brechzahl n₂) reflektiert. Die beiden Teilwellen interferieren. Ihr Gangunterschied ist bei senkrechtem Einfall 2 · n₂ · d, dazu kommt λ2 für jede Reflexion am optisch dichteren Medium (Phasensprung); zwei Phasensprünge heben sich auf. Verstärkung bei Δs = m · λ, Auslöschung bei Δs = (m + 12) · λ. Bei weißem Licht fehlen im reflektierten Licht einzelne Farben, die Schicht schillert.

So gehst du vor

1Wähle eine Schicht und weißes Licht. Die Schicht wird von oben nach unten gleichmäßig dicker (Keil); die Farben siehst du links.
2Schiebe die gestrichelte Messstelle mit dem Finger oder mit dem Regler auf eine Dicke d.
3Das Spektrometer unten zeigt, welcher Anteil jeder Wellenlänge reflektiert wird. Schiebe den λ-Zeiger auf das Minimum erster Ordnung.
4Tippe „d und λ in die Tabelle“ und wiederhole für mindestens fünf Dicken. Die Steigung liefert n₂.

Dicke d an der Messstelle

280 nm

Spektrometer bei λ

3,76 %

Farbe

Farben berechnet: Reflexionsgrad der Schicht (mit Mehrfachreflexion) für jede Wellenlänge mal Spektrum der Lampe, mit den Normspektralwerten des Auges in sRGB umgerechnet. Helligkeit verstärkt, damit auch die schwach reflektierende Schicht gut zu sehen ist.

Schicht

Licht

Dicke am unteren Rand

Messstelle: Dicke d

280 nm

Spektrometer: reflektierter Anteil bei d = 280 nm

I in Prozent der einfallenden Intensität. Zum Vergleich: Eine einzelne Glasoberfläche reflektiert etwa 4 %.

λ-Zeiger

600 nm

Gesucht ist das Minimum erster Ordnung, also das langwelligste Minimum im Spektrum. Gut geeignet sind Dicken, bei denen es zwischen 400 nm und 750 nm liegt.

Messreihe: Wellenlänge des Minimums über der Dicke

Schicht während der Messreihe nicht wechseln. Die Ausgleichsgerade geht durch den Ursprung.

Nr.	Dicke d in nm	Minimum bei λ in nm

Aufträge

Seifenhaut, weißes Licht: Beschreibe die Farbfolge von oben nach unten. Warum ist die Haut ganz oben schwarz? Was wäre ohne Phasensprung?
Beispiel aus dem Skript: Stelle d = 280 nm ein. Welche Farbe siehst du? Suche im Spektrum die ausgelöschte und die verstärkte Wellenlänge und vergleiche mit 745 nm und 496 nm.
Natriumlicht: Miss den Dickenunterschied zwischen zwei benachbarten dunklen Streifen und vergleiche mit λ2 · n₂. Warum sind die Streifen bei violettem Licht enger?
Nimm für die Seifenhaut eine Messreihe auf (fünf Dicken zwischen 150 nm und 290 nm) und bestimme n₂ aus der Steigung.
Bestimme ebenso die Brechzahl von Folie X. Löse erst danach auf.
Entspiegelung: Stelle d = 99,6 nm ein. Bei welcher Wellenlänge ist die Reflexion am kleinsten? Warum schimmert die Linse purpur?
Ölfilm auf Wasser, d = 320 nm: Welche sichtbare Wellenlänge wird verstärkt (Skriptaufgabe „Ölfilm auf Wasser“)? Prüfe am Spektrum.
Luftkeil: Warum ist die Kante (d = 0) dunkel, obwohl hier der Phasensprung an der unteren Fläche liegt?

Theorie: Wellenoptik-Skript, Kapitel „Interferenz an dünnen Schichten“, Abschnitte „Warum schillern Seifenblasen?“, „Der Phasensprung bei Reflexion“ und „Technische Anwendung: Entspiegelung“.