Farben dünner Schichten

Die Flügel einer Libelle, eine Seifenhaut, die Oberfläche von Perlmutt oder eine dünne Ölschicht auf Wasser schillern bei Beleuchtung mit Sonnenlicht in den unterschiedlichsten Farben. Diese Farben ändern sich darüber hinaus in Abhängigkeit vom Blickwinkel.

Was geschieht beim Auftreffen von Licht?

Charakteristisch für alle diese Beispiele ist das Vorhandensein einer dünnen, lichtdurchlässigen Schicht. Trifft Sonnenlicht auf eine solche dünne Schicht, so wird ein Teil dieses Lichtes reflektiert, wobei für die Reflexion das Reflexionsgesetz gilt. Dabei tritt an der Oberfläche eine Verschiebung des Schwingungszustandes um eine halbe Wellenlänge $\frac{\lambda }{2}$ auf.
Ein anderer Teil des Lichtes dringt in die Schicht ein und wird dabei gebrochen. An der Rückseite der Schicht erfolgt eine Reflexion und dann wieder der mit Brechung verbundene Austritt des Lichtes aus der Schicht.

Die Zusammenhänge sind in Bild 3 dargestellt. Das an der Vorderseite und an der Rückseite der dünnen Schicht reflektierte Licht überlagern sich. Es kommt zur Interferenz. Eine Verstärkung tritt dann auf, wenn die Verschiebung zwischen den an der Vorder- und an der Rückseite reflektierten Lichtwellen gleich der Wellenlänge oder einem Vielfachen der Wellenlänge ist. Da die Farbe unmittelbar mit der Wellenlänge zusammenhängt, wird bei Verstärkung einer bestimmten Wellenlänge zugleich eine bestimmte Farbe verstärkt.

Ändert sich die Schichtdicke, so verändert sich auch die Wellenlänge und damit die Farbe des Lichtes, das verstärkt wird.
Bei Veränderung des Blickwinkels auf die Schicht ändern sich bei bestimmter Schichtdicke ebenfalls die Farben, da dann der weg des Lichtes durch die Schicht länger wird und eine Verstärkung anderer Wellenlänge erfolgt.
Bei Beleuchtung mit einfarbigem Licht treten anstelle der Farbeffekte Hell-Dunkel-Effekte auf.

Beachte: Die Farben einer CD kommen ebenfalls der Interferenz zustande. Allerdings spielen dabei dünne Schichten keine Rolle. Die CD selbst wirkt wie ein Reflexionsgitter. Bei den Flügeln von Insekten wird die Farbe in der Regel auch durch dort eingelagerte Pigmente mit bestimmt.