同一作品在不同的光线下 ， 图片来自chriswoodlight.art
双色玻璃的神奇性质究竟从何而来？
不知你是否还记得15年那道引发网友热议的高考作文题——“扫描式电子显微镜下的蝴蝶翅膀是无色的” 。 暂且不论扫描式电镜究竟照得到什么颜色（扫描式电镜得到的是对应于电子数目的灰度图像） ， 蓝色闪蝶的翅膀从某种角度来说确实是“无色”的——它并不含有蓝色色素 。
蓝色色素依靠吸收蓝色光之外的可见光来呈现蓝色 ， 没有色素的蝶翼则凭借纳米尺度的鳞片结构殊途同归 。 区别于“色素色” ， 这样的颜色被称为“结构色” ， 你还可以在孔雀尾羽和绿头苍蝇上找到它 。
蓝闪蝶翅膀微观结构 ， 图片来自ResearchGate
显然 ， 双色玻璃的色彩是一种“类结构色” 。 相较于普通的彩色玻璃 ， 它不仅正反两面色彩不同 ， 在不同观察角度下还会发生色彩变化；这种超越色素的能力来自于其表面的光学薄膜 。 这些膜的厚度在纳米级别 ， 与光的波长相近 ， 故而使光发生干涉 。
什么是干涉？其实就是简单粗暴的字面意义上的“干涉” 。 很容易在水波中观察到它：雨滴落地的涟漪、海浪的追逐等等 。 在理想条件下 ， 两列波相遇 ， 振动可以线性相加；波峰与波峰相遇 ， 使振幅更大 ， 这时候便发生相长干涉 ， 反之振幅减小 ， 则发生相消干涉 。 如果两列波满足相干条件——频率相同、相位差固定 ， 就能发生稳定的干涉 。 作为电磁波的光自然也可以发生干涉 。
稳定的相长干涉（左） ， 稳定的相消干涉（右） ， 图片来自Shutterstock
薄膜如何使光发生干涉？如光路图所示 ， 入射光1的一部分在界面M1发生反射（反射光2） ， 另一部分透过M1、经M2反射又透过M1射出（透射光3） 。 反射光2与透射光3来自同一个光源 ， 满足相干条件；然而 ， 两束光线走过的光程却是不一样的 ， 其差距取决于薄膜的折射率、膜层的厚度e以及光线的入射角度i 。 光程差与波长共同决定了相位差 ， 也就决定了干涉的强度 。
如果发生相消干涉 ， 反射将大大削弱 ， 根据能量守恒 ， 透射（光4）被增强 ， 这样的薄膜便可用作“增透膜” ， 常见于摄像机镜头和眼镜；如果发生相长干涉 ， 反射将大大增强 ， 而透射（光4）则被削弱 ， 这样的薄膜便可用作“增反膜” ， 在航天装备和激光器反射镜中有所应用 。
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