研究背景与核心问题
研究摘要
本研究通过简单实验装置，观察和分析了手机屏幕钢化膜和AR膜表面出现的彩虹纹现象。
钢化膜的彩虹纹源于应力双折射效应，AR膜的彩虹纹源于薄膜干涉效应，改变偏振片角度可清晰观察条纹变化规律。
核心问题
为什么钢化膜和AR膜会出现彩虹纹？两种膜的彩虹纹有何差异？
理解这一现象不仅能掌握基础光学原理，还能帮助我们更好地选择和使用手机膜产品。
研究计划与实验装置
实验材料
- 偏振片2片（起偏器、检偏器）
- LED光源或手机闪光灯
- 手机钢化膜、AR膜样品
- 玻璃片、黑纸
实验装置流程
光源
LED/闪光灯
→
起偏器
偏振片1
→
手机膜
钢化膜/AR膜
→
检偏器
偏振片2
→
观察者
人眼/屏幕
核心原理
- 钢化膜：内应力 → 应力双折射 → 两束不同速度的光 → 相位差 → 彩虹纹
- AR膜：多层薄膜 → 入射光与反射光干涉相消 → 减少反射 → 彩虹纹
实验现象实拍
彩虹纹现象实拍图
钢化膜表面彩虹纹
AR膜表面彩虹纹
AR膜 vs 普通膜 对比视频
AR膜与普通膜彩反射对比
研究结果与对比分析
钢化膜彩虹纹特征
- 呈现彩虹色条纹，颜色从红到蓝渐变
- 不同位置条纹密度不同，边缘处更密集
- 旋转偏振片时条纹颜色和密度变化明显
- 反映钢化膜内部应力分布不均匀
AR膜彩虹纹特征
- 呈现特定颜色条纹，多为紫色或绿色
- 条纹分布均匀，无明显边缘密集现象
- 旋转偏振片时条纹强度变化，颜色稳定
- 反映膜层结构均匀，干涉效果稳定
对比总结
钢化膜彩虹纹更丰富且分布不均，反映应力分布复杂；AR膜彩虹纹较单一且分布均匀，反映膜层结构均匀。两种膜的彩虹纹特性可用于膜的质量检测和选型参考。
参考文献与研究总结
研究总结
1. 手机膜表面的彩虹纹是可观测的光学现象，其成因与膜的结构和应力状态直接相关。
2. 钢化膜的彩虹纹源于应力双折射，AR膜源于薄膜干涉，这是两种不同的光学原理。
3. 简单的偏振光实验可以直观展示这些光学原理，帮助我们理解日常用品中的科学知识。
参考文献
1. Mindlin, R.D., A Review of the Photoelastic Method of Stress Analysis. J. Appl. Phys., 10 :273-294.
2. 应力双折射. 百度百科: https://baike.baidu.com/item/应力双折射/6625830
3. 光弹性材料. 百度百科: https://baike.baidu.com/item/光弹性材料/3911563
4. 偏振光实验. 维基百科: https://zh.wikipedia.org/wiki/偏振光