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污膜之谜

时间:2019-09-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

污膜之谜

  

在 1892 年的一天,著名科学家泰勒用一架照相机拍照,等拍完后他才发

现镜头上有一层污膜,镜头已经严重地失去了光泽。为了得到满意的照片,

他只好把脏镜头擦拭干净,重新拍了一张。几天之后,底板冲洗出来了,他

惊奇地发现,用脏镜头拍出来的照片反而比用干净的镜头拍出来的清晰得

多。这个现象,他实在感到莫名其妙。他把这个意想不到的发现告诉朋友们,

可是谁也不相信这是真的。这个偶然的发现,当时并没有引起人们的注意。

污膜之谜就留了下来。

40 年后,这件事传到了科学家鲍尔那里,他觉得泰勒发现的现象有进一

步探索的价值。他反复地做了许多实验,但是都不成功。后来,鲍尔设法把

溴化钾镀在石英上,在石英表面形成一个薄膜。当他对薄膜上的反射光和透

射光进分析以后发现,反射光中失去了某些波长的光,而这些光正是透射光

中所多出来的;而透射光中所缺少的成分,正是反射光中所多出来的。这个

发现使鲍尔非常高兴,因为他找到了污膜之谜的答案了。

原来,污膜之谜就是由于光的薄膜干涉所造成的。当光波射到镜头上的

污膜时,一部分光波在它的前表面反射出来,另一部分光波射入污膜又从它

的后表面反射了出来。由于这两列反射光波频率相同,所以能发生干涉现象。

如果污膜的厚度恰好等于绿光波长的四分之一时,则两列反射光波的路程差

等于绿光波长的二分之一,由于它的波峰与波谷叠加,使波的振动互相抵消,

反射的绿光减少了,透射到镜头里的绿光就得到增强。照相机的感光片跟人

眼睛里的视网膜一样,对绿光最敏感,微弱的绿光就能使它感光,但对紫色、

红色的光反应就很迟钝。泰勒所用照相机镜头上污膜的厚度恰好等于绿光波

长的四分之一,则绿光在反射中相干相消,而使透射光增强。由于透过镜头

的绿光多一些,照片自然就会清晰得多。若把污膜擦拭下去,镜头表面光亮

了,它就成了很好的反射面,则透过绿光的部分反而减少,因此照片就模糊

了。

人们通过实验和理论研究发现,透镜的每一个反射表面,至少把大约 4

%的直射光反射回去,一块透镜有两个表面,那么光线通过透镜时,至少有

8%的光被反射回去而损失掉。在现代的光学仪器中,如摄影机、电影机等,

一个镜头要由几片甚至十几片透镜组成,这样由于光线的反射造成的总损失

就大多了。例如潜水艇使用的潜望镜,是用 20 多个棱镜组成的,共有 40 多

个反射面,若每个反射面至少有 4%的反射损失,再加上一些其他的吸收损

失,最后进入观察者眼睛里的光只有原来的 10%左右了。由于透过光少得可

怜,观察者通过潜望镜看到外界物体的像既暗又不清晰。照相机镜头也是由

几个透镜组成的,每个透镜表面的反射光会在各个反射面上来回反射,产生

害处很大的杂散光。这些杂散光造成感光片上出现阴影、杂影光斑和双像,

使成像的质量大大降低了。


怎样消除表面反射造成的后果呢?人们在透镜和棱镜的表面涂上一层薄

膜(一般用氟化镁),当薄膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的 1/4 时,在

薄膜两个表面上反射的光,路程差恰好等于半个波长,由于干涉互相抵消。

这样大大地减少了光的反射损失,增大了透射光的强度。因此,人们把这层

薄膜叫做“增透膜”。

人射光一般是白光,是由各种不同波长的单色光复合而成的。增透膜不

可能使所有波长的反射光都互相抵消。因此,在确定薄膜厚度时,应该使光

谱中间部分的绿色光,在垂直入射时其反射光完全抵消。这样光谱边缘部分

的红光和紫光并没有显著削弱,所以有增透膜的光学镜头呈淡紫色。

登山队员所戴眼镜上也涂一层薄膜,这层薄膜起什么作用呢?

我们知道,太阳光照射到雪地上,会产生强烈的漫反射。反射光中的紫

外线可以伤害人的眼睛,强烈的绿光对眼睛的伤害也很大,它们使人头晕目

眩,甚至使人双目失明,这就是所谓的“雪盲”。用什么办法来预防“雪盲”

呢?人们在眼镜表面镀一层氟化镁的薄膜,当薄膜的厚度恰好等于绿光在薄

膜中波长的 1/2 时,则绿光在薄膜两个表面上的反射光路程差等于一个波

长,因而产生的干涉加强,增大了绿光的反射损失,减少了透射光的强度。

眼镜上这层干涉滤光膜就像忠诚的门卫,把伤害眼睛的光拒之门外,保卫着

眼睛的安全!

  

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