污膜之谜

1892年的一天，著名科学家泰勒用照相机拍了一张照片。拍照后，他发现镜头上有一层脏膜，镜头已经严重失去光泽。为了拍出令人满意的照片，他不得不把脏镜头擦干净，然后再拍一张。几天后，底片被冲洗出来，他惊讶地发现用脏镜头拍摄的照片比用干净镜头拍摄的照片清晰得多。他真的被这种现象迷惑住了。他把这个意外的发现告诉了他的朋友，但是没有人相信这是真的。这个偶然的发现当时并没有引起人们的注意。肮脏的电影之谜依然存在。四十年后，科学家鲍威尔发现了这个问题，他认为泰勒的发现值得进一步探索。他一遍又一遍地做了许多实验，但都没有成功。后来，鲍威尔设法在应时上镀上溴化钾，在应时表面形成一层薄膜。当他分析薄膜上的反射光和透射光时，他发现一些波长的光在反射光中消失了，这些光是透射光中额外的光。透射光中缺少的正是反射光中增加的部分。这个发现让鲍尔非常高兴，因为他找到了肮脏电影之谜的答案。原来，脏膜之谜是由薄膜光的干涉造成的。当光波击中镜头上的脏胶片时，一部分光波被其前表面反射，而另一部分光波进入脏胶片并被其后表面反射。因为两列反射光波的频率相同，所以会发生干涉。如果脏膜的厚度正好等于绿光波长的四分之一，则两行反射光波之间的距离差等于绿光波长的一半。由于波峰和波谷的叠加，波的振动相互抵消，反射的绿光减少，透射到透镜中的绿光增强。照相机的感光胶片和人眼的视网膜是一样的。他们对绿光最敏感。微弱的绿光会使它们对光敏感，但是它们对紫光和红光的反应很慢。泰勒相机镜头上的污染膜厚度正好等于绿光波长的四分之一，因此绿光在反射中被相干抵消，从而增强了透射光。因为有更多的绿光透过镜头，画面自然会更清晰。如果脏胶片被擦掉，镜头表面会变亮，成为一个良好的反射面，而透过绿光的部分会减少，从而模糊图像。通过实验和理论研究，人们发现透镜的每个反射面至少反射大约4%的直射光回来，并且一个透镜有两个面，所以当光通过透镜时，至少有8%的光被反射回来并丢失。在现代光学仪器中，如照相机和电影摄影师，一个透镜由几个甚至十几个透镜组成，因此光反射造成的总损耗要大得多。例如，潜艇中使用的潜望镜由20多个棱镜组成，总共有40多个反射面。如果每个反射面至少有4%的反射损失，加上一些其他的吸收损失，进入观察者眼睛的光只有原来的10%左右。由于光线传输不良，观察者通过潜望镜看到外部物体的图像是黑暗和模糊的。相机镜头也由几个镜头组成，每个镜头表面的反射光会在每个反射面上来回反射，产生有害的杂散光。这些杂散光会在感光胶片上产生阴影、杂光点和重影，从而大大降低成像质量。如何消除表面反射造成的后果？人们在透镜和棱镜的表面涂上一层薄膜(通常使用氟化镁)。当薄膜的厚度等于薄膜中入射光波长的1/4时，在薄膜的两个表面上反射的光的路径差正好等于波长的一半，并且由于干涉，它们相互抵消。这大大减少了光的反射损失，并增加了透射光的强度。因此，人们称这种膜为“减反射膜”。人类的光通常是白光，由不同波长的单色光组成。减反射膜不能使所有波长的反射光相互抵消。因此，当确定薄膜的厚度时，光谱中间部分的绿光应该被垂直入射的反射光完全抵消。这样，光谱边缘的红光和紫光不会明显减弱，所以带有抗反射膜的光学透镜是淡紫色的。登山运动员戴的眼镜也涂有一层薄膜。这部电影扮演什么角色？我们知道，当阳光照射到雪地上时，会产生强烈的漫反射。反射光中的紫外线会伤害人的眼睛，而强烈的绿光也会对眼睛造成很大伤害。它们让人头晕甚至失明。这被称为“雪盲”。我们如何防止“雪盲”？人们在玻璃表面镀上一层氟化镁薄膜。当薄膜厚度正好等于薄膜中绿光波长的1/2时，薄膜两表面上绿光反射光的距离差等于一个波长，从而导致干涉增强，绿光反射损耗增加，透射光强度降低。眼镜上的干涉过滤膜就像一个忠诚的卫士，遮挡伤害眼睛的光线，保护眼睛的安全！