薄膜干渉:ソープフィルム(反射光と透過光の比較)

膜をタップ/ドラッグすると、その高さの膜厚と色(反射・透過)を調べられます。白色光 380〜780 nm を 5 nm 刻み(81波長)で個別に計算し、波長→RGB 近似で色に直してチャネルごとに加算・正規化しています。

位相の飛び:光はほぼ垂直に入射するとします。空気→石けん膜(屈折率が大きい側)の上面で反射する光は位相が π ずれ、膜→空気の下面での反射ではずれません。往復の光路差 2nd による位相差 4πnd/λ に π を加えると、反射光の強度は cos²(2πnd/λ + π/2) = sin²(2πnd/λ) になります。透過光はエネルギー保存から残り、cos²(2πnd/λ) です。

なぜ最上部が黒いか:排液で上部は d→0 となり、2つの反射光は π の飛びだけで逆位相になって打ち消し合うので、どの波長でも反射が 0(ブラックフィルム)。透過光は逆に全波長が強め合って明るく(白く)見えます。

反射と透過の色が逆になる理由:各波長で sin² + cos² = 1。反射で弱められた波長は透過で強められるので、同じ位置の反射色と透過色は足すと白になる補色(明暗も反転)です。

膜が厚い・n が大きいほど 2nd が大きく、縞(等厚線)の本数が増えて間隔が詰まります。厚い所では多くの波長の縞が重なり、色が薄く(白っぽく)なります。※表示は干渉による強弱の比(正規化値)で、実際の反射率は数%程度です。膜厚分布は d = d上 + (d下 − d上)·s^p(s: 上端0〜下端1)とし、排液の進行を p = 1〜1.6 の緩やかな変化で表しています。