物理大发现：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！