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中空玻璃彩虹現象產生機理

來源: 作者:佚名 2004/7/20 14:50:00

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中空玻璃的干涉條紋問題在一些文獻上都會被提到,但有許多的不明晰,有些則對干涉紋的不直接解釋并且對它們如何出現、為什么出現解釋得不清楚。當然,至少它們提到這是光學現象,而不是玻璃的缺點。事實上,光越純,玻璃厚度越一致,兩片或幾片玻璃放在一起則越容易出現干涉紋。o:p>

  簡而言之,中空玻璃的干涉紋是因光波相交產生的反應結果。由于中空玻璃多個玻璃表面的反射,光波分開并沿不同路徑再次相交。當光波再次重合,干涉紋就有可能看見。

    較常見的是“牛頓環”和“布魯斯特干涉紋”,這可看做二種不同的現象,雖然他們相似并且偶爾指同一件事。

   牛頓環

  牛頓環是以伊沙克.牛頓(1642-1727)命名的,他雖然沒有明確的進行解釋,但對該現象做了詳細的研究。有些資料表明羅伯特.胡克(1635-1703)事實上也發現了這種干涉紋。

  牛頓環是在兩片玻璃相接觸時出現的干涉紋,并且比布魯斯特環跟容易被看見。玻片間其實是被一薄層空氣隔開,空氣層的非常細小的變化可能導致產生直線形、環形或象地圖等高線一樣有些不規則的干涉紋。

  改變觀察角度可以使干涉紋輕微移動,而且亮度和顏色可能隨著改變。較常見的是彩虹一樣的顏色,不過可能有點暗淡,如輕壓玻璃,空氣間隙會更薄,同時干涉紋會更加多彩,面積更大,條紋分的更開。空氣膜越厚,條紋與越窄,越相互貼近,并且色彩上更傾向于暗淡。

  在中空玻璃上,如果空氣層縮到兩片玻璃在中部接觸,牛頓環可能變的清晰。

  布魯斯特環

  布魯斯特環是以戴維.布魯斯特爵士(1781-1868)命名,他是位物理學教授,是萬花筒的創造者,在光的研究上,他發現了雙折射和光譜分析。

  如果干涉紋在中空玻璃上,同時兩片玻璃沒接觸,我們通常將這種現象稱為布魯斯特環。

  光路

  中空玻璃上有兩種不同光路可能產生布魯斯特環,他們產生兩種不同的干涉紋,在此稱為一類和二類:

  一類紋是一種相當強的光學現象,通常比二類紋明亮。一類紋經常因彩色或象彩虹而引起人的注意。如果中空玻璃的兩塊玻璃厚度非常接近,光路基本相同,那就會出現一類紋。

  二類紋是一種相對較弱的光學現象,并且可以認為忽略不計,雖然所有浮法玻璃制成的中空玻璃上都可能以某個角度看見,甚至不同厚度玻璃制成的中空玻璃也會出現。二類紋顏色通常傾向于灰暗,或者是暗淡的幾乎不能發覺的彩虹狀。

  首先中空玻璃兩單片的厚度和折射率幾乎完全相同,光通過靠前片玻璃后,部分到達第二片,部分被第二界面反射回靠前界面,又從靠前界面反射,到達第三界面。原來到達第二片玻璃的光通過第二片玻璃時,被第四界面反射。由于兩玻璃的厚度幾乎相等,反射的光在第三界面相會,從而產生干涉紋。

  由于浮法玻璃的厚度變化非常小,如相鄰近的兩片玻璃從浮法玻璃帶切下,并合成中空玻璃,則以某視角可能可以看見一類干涉紋。

  光通過靠前片玻璃后,部分到達第二片,部分被第二界面反射回靠前界面,又從靠前界面反射,通過靠前片玻璃到達第三界面。接著又被第三界面反射回,通過靠前片玻璃,被靠前界面反射反射回第二界面。同時,另一部分光通過界靠前片玻璃,被第二界面反射回到靠前片玻璃后,又被靠前界面反射,到達第三界面,接著又被反射回第二界面,與其他部分光結合,從而產生干涉紋。

  第二類干涉紋可以在不同玻片厚度的中空玻璃中見到,由于通常顯得顏色灰暗,它們不如一類紋顯爾易見。它們可能存在,但可能完全不被發覺。

  觀察

  如果存在干涉紋,在一定觀察條件下,可以通過反射側或透過側見到。

  從反射側觀察

  一類紋較常見為:光源傾角60○左右或與玻璃面法線交角0~30○。

  二類紋較常見為:光源傾角75○左右或觀察角與玻璃面法線交角大于30○,如果正視,二類紋可能不能看見。

  從透過側觀察

  如從透過側觀察,一二類干涉紋都在光源入射與玻璃法線交角大于80○時更可能看見。

  控制干涉紋

  一類紋可以通過以下方式控制在一定程度:

  1、 使用兩塊不同下片位玻璃。

  2、 相同下片位不同玻璃帶。

  3、 相同下片位前后反轉。
  
  4、 利用不同厚度的玻璃合成中空可以將一類紋清理。但是厚度范圍不能重疊。為減少一類紋出現的可能,應當使用不同厚度變化,如“>.00006,>.0002,>.0001,>.003”,我們建議厚度差在0.02~0.04之間。

  5、 二類紋不能清理,但通常被忽略或不易覺察。但是一定照光及觀察條件可能導致出現二類紋。

  注:這與鋼化或熱增強時可能看到的應力斑現象不同。

 

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