Interférence en couche mince

Appuyez sur Sur le point d'éclater. Le haut du film est désormais constitué de 10 nm d'eau, et il est noir. Une seule surface d'eau réfléchit 2,055 % de la lumière à 550 nm, et l'optique géométrique, en additionnant les deux surfaces du film, prévoit 4,027 %. Le film réfléchit 0,197 %, soit moins d'un dixième d'une surface unique. Les deux réflexions sont presque de la même taille, mais celle du dessus, où la lumière passe de l'air à l'eau, revient inversée (r = −0,1434). Celle du dessous, de l'eau vers l'air, ne l'est pas (+0,1434). Dans un film bien plus fin que la longueur d'onde, elles reviennent presque en phase et s'annulent. Épaississez le film, et la lumière de la face inférieure prend un retard de δ = 4πn₁d/λ. À un quart d'onde, soit 103,0 nm, les deux s'ajoutent et le film réfléchit 7,892 %, presque le double du fantôme. Juste avant le noir, le film affiche un bleu-gris terne, car les longueurs d'onde les plus courtes, possédant le δ le plus grand, s'annulent en dernier. Newton a observé ce phénomène sur une bulle de savon placée sous une cloche de verre. Une tache noire s'est formée au sommet où, écrivait-il, « je crus d'abord qu'aucune lumière n'était réfléchie par l'eau à cet endroit », puis, en regardant de plus près, il y vit le faible reflet d'une bougie.

Appuyez sur Un film de 3 µm. À 550 nm, ce film réfléchit 7,635 %, soit presque le maximum possible pour n'importe quelle épaisseur. Pourtant, en lumière blanche, il réfléchit 4,013 %, contre 4,025 % pour le fantôme, et il affiche le même gris. Le spectre en explique la raison. Il présente 11 pics de réflexion entre 380 et 780 nm. Chacune des trois fonctions colorimétriques intégrées par la page couvre ainsi plusieurs franges brillantes et sombres, pour aboutir à une somme identique au fantôme. Appuyez maintenant sur Vert annulé. À 206 nm, un seul creux traverse le spectre visible, centré sur 550 nm. Il retire le vert et laisse un violet avec un écart au blanc de 0,256. Le film le plus coloré de toute l'échelle se trouve à quelques nanomètres de celui-ci. La couleur exige dans le spectre un vide aussi large qu'une couleur, ce que seul un film fin peut produire. Entre 2 µm environ et les 5 µm atteints par la page, le film ne s'éloigne plus jamais de plus de 0,005 du blanc, contre 0,256 pour ce violet. Le deuxième livre de l'Optique de Newton s'ouvre sur ce constat, décrit comme un phénomène déjà connu d'autres savants. Les lames minces arborent des couleurs « selon leurs différentes finesses, quoiqu'à une plus grande épaisseur elles paraissent très claires et sans couleur ». L'optique géométrique prédit correctement le comportement d'un film épais uniquement parce la lumière blanche lisse les franges par moyenne. La lumière d'une seule longueur d'onde ne le fait jamais.

Appuyez sur Lentille traitée. 100 nm de fluorure de magnésium sur du verre crown réduisent la réflexion à 550 nm, la faisant passer de 4,239 % à 1,247 %. Une part de cette baisse provient des sauts d'indice plus doux : l'addition des deux surfaces par l'optique géométrique donne 2,754 %. Le reste correspond à l'annulation. Les deux réflexions inversent l'onde, car chacune pénètre dans un matériau plus dense. Une couche d'un quart d'onde retarde la seconde d'un demi-tour (δ = 0,5013 tour), de sorte qu'elles arrivent déphasées. Appuyez ensuite sur Traitement double. À 200 nm, le retard est d'un tour complet, les réflexions sont de nouveau en phase et la face réfléchit 4,239 % à 550 nm, comme le verre nu. En lumière blanche, elle réfléchit 4,082 %, contre 4,24 % à nu. Ajouter plus de traitement n'améliore rien. La solution réside dans l'épaisseur adéquate. Puisqu'un quart d'onde ne correspond qu'à une seule longueur d'onde, la face traitée réfléchit 1,634 % à 450 nm et 1,418 % à 650 nm. Elle réfléchit davantage aux deux extrémités du spectre qu'au centre. Voilà pourquoi la face traitée sur l'image se teinte d'un léger violet. Une annulation complète exige une couche d'indice √1,5185 = 1,2323. Saisissez cette valeur comme indice du film, réglez d sur le quart d'onde fourni par les résultats, soit 111,6 nm, et la réflexion à 550 nm chute à 0,000 %. Le 1er novembre 1935, Carl Zeiss a déposé un brevet pour une couche évaporée sur le verre sous vide. Il cite comme précurseur un brevet britannique de Taylor datant de 1904. Ce dernier s'était inspiré de vieux objectifs dont les zones altérées par le temps paraissaient plus transparentes que le verre poli qui les entourait.