薄膜干渉（はくまくかんしょう）は、薄膜の上下の境界で反射された光波が互いに干渉し、特定の波長の反射光を増強又は低減させる自然現象である。 膜に光が入射した時、膜の上下の界面では、それぞれ光の反射が起こる。膜の厚さが光の1/4波長の奇数倍になると、両方からの反射波が干渉して打ち消しあうようになる。一方、厚さが光の1/2波長の倍数の場合は、2つの反射波が互いに強め合う。このように、さまざまな波長からなる白色光を膜に入射すると、特定の波長（色）が強くなり、他の波長は弱くなる。薄膜干渉により、シャボン玉や水中の油膜
概要
膜の本当の厚さは、その屈折率と光の入射角の両方に依存する。屈折率が高い媒質では光の速度が遅くなるため、光が膜を通過する際の波長に比例して膜が作られる。通常の入射角では、厚さは中心波長の4分の1又は2分の1の倍数になるが、斜めに入射すると厚さは4分の1波長又は2分の1波長の位置での角度の余弦に等しくなり、見る角度が変わると色が変わる（所定の厚さの場合、角度が垂直から斜めに変わると、色は短波長から長波長へと変化する）。このような強めあう/弱めあう干渉による反射/透過の帯域幅が狭くなるため、回折格子やプリズムのように波長ごとに分かれた色ではなく、スペクトル中に他の波長を含まない様々な波長が混在した色が観察される。したがって、観察される色は虹色ではなく、茶色、金色、ターコイズ、ティール(teal)、明るい青、紫、マゼンタなどである。薄膜で反射したり透過したりする光を調べることで、膜の厚さや膜の媒質の有効屈折率などの情報を得ることができる。薄膜は、反射防止膜、ミラー、光学フィルタなど様々な用途に使用されている。
理論薄膜の上下の境界からの反射光の光路長差を示す図エアバスのコックピットの窓に施されたITO霜取りコーティングによる薄膜干渉
光学において、薄膜はサブナノメートルからマイクロメートルの範囲の厚さを持つ物質の層である。光が膜の表面にあたると、上面で透過又は反射する。透過した光は下面に到達し、再び透過又は反射する。界面でどの程度の光が透過又は反射するかはフレネルの式により定量的に表される。上面と下面で反射した光は干渉する。2つの光の波がどの程度強めあう又は弱めあう干渉をするかは、その位相の違いにより決定される。この位相差は膜厚、膜の屈折率、元の波の膜への入射角などに依存する。また、境界での反射の際には、境界の両側にある物質の屈折率により180°（ π {\displaystyle \pi } ラジアン）の位相のずれが生じることがある。この位相差は光が進む媒質の屈折率が、光が当たる物質の屈折率よりも小さい場合に生じる。言い換えると、 n 1 < n 2 {\displaystyle n_{1}<n_{2}} であり、光が物質1から物質2に向かって進行しているとき、反射時に位相シフトが生じる。この干渉により生じる光のパターンは、入射光の光源により明暗の帯状になったり、カラフルな帯状になったりする。
薄膜に入射した光が上下の境界で反射することを考える。干渉の条件を決定するためには反射光の光路差 (OPD) を計算する必要がある。上の光線図を参照すると、2つの波の間のOPDは次のようになる。 O P D = n 2 ( A B ¯ + B C ¯ ) − n 1 ( A D ¯ ) {\displaystyle OPD=n_{2}({\overline {AB}}+{\overline {BC}})-n_{1}({\overline {AD}})}
ここで A B ¯ = B C ¯ = d cos ( θ 2 ) {\displaystyle {\overline {AB}}={\overline {BC}}={\frac {d}{\cos(\theta _{2})}}} A D ¯ = 2 d tan ( θ 2 ) sin ( θ 1 ) {\displaystyle {\overline {AD}}=2d\tan(\theta _{2})\sin(\theta _{1})}
スネルの法則を用いると、 n 1 sin ( θ 1 ) = n 2 sin ( θ 2 ) {\displaystyle n_{1}\sin(\theta _{1})=n_{2}\sin(\theta _{2})} O P D = n 2 ( 2 d cos ( θ 2 ) ) − 2 d tan ( θ 2 ) n 2 sin ( θ 2 ) = 2 n 2 d ( 1 − sin 2 ( θ 2 ) cos ( θ 2 ) ) = 2 n 2 d cos ( θ 2 ) {\displaystyle {\begin{aligned}OPD&=n_{2}\left({\frac {2d}{\cos(\theta _{2})}}\right)-2d\tan(\theta _{2})n_{2}\sin(\theta _{2})\\&=2n_{2}d\left({\frac {1-\sin ^{2}(\theta _{2})}{\cos(\theta _{2})}}\right)\\&=2n_{2}d\cos {\big (}\theta _{2})\\\end{aligned}}}
