实验名称等厚干涉—牛顿环和劈尖
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等厚干涉实验—牛顿环和劈尖干涉要观察到光的干涉图象,如何获得相干光就成了重要的问题,利用普通光源获得相干光的方法是把由光源上同一点发的光设法分成两部分,然后再使这两部分叠如起来。
由于这两部分光的相应部分实际上都来自同一发光原子的同一次发光,所以它们将满足相干条件而成为相干光。
获得相干光方法有两种。
一种叫分波阵面法,另一种叫分振幅法。
1.实验目的(1)通过对等厚干涉图象观察和测量,加深对光的波动性的认识。
(2)掌握读数显微镜的基本调节和测量操作。
(3)掌握用牛顿环法测量透镜的曲率半径和用劈尖干涉法测量玻璃丝微小直径的实验方法(4)学习用图解法和逐差法处理数据。
2.实验仪器读数显微镜,牛顿环,钠光灯3.实验原理我们所讨论的等厚干涉就属于分振幅干涉现象。
分振幅干涉就是利用透明薄膜上下表面对入射光的反射、折射,将入射能量(也可说振幅)分成若干部分,然后相遇而产生干涉。
分振幅干涉分两类称等厚干涉,一类称等倾干涉。
用一束单色平行光照射透明薄膜,薄膜上表面反射光与下表面反射光来自于同一入射光,满足相干条件。
当入射光入射角不变,薄膜厚度不同发生变化,那么不同厚度处可满足不同的干涉明暗条件,出现干涉明暗条纹,相同厚度处一定满足同样的干涉条件,因此同一干涉条纹下对应同样的薄膜厚度。
这种干涉称为等厚干涉,相应干涉条纹称为等厚干涉条纹。
等厚干涉现象在光学加工中有着广泛应用,牛顿环和劈尖干涉就属于等厚干涉。
下面分别讨论其原理及应用:(1)用牛顿环法测定透镜球面的曲率半径牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜和一块光学平玻璃片(又称“平晶”)相接触而组成的。
相互接触的透镜凸面与Rer (a ) (b)图9-1 牛顿环装置和干涉图样平玻璃片平面之间的空气间隙,构成一个空气薄膜间隙,空气膜的厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
如图9-1(a )所示。
当单色光垂直地照射于牛顿环装置时(如图9-1),如果从反射光的方向观察,就可以看到透镜与平板玻璃接触处有一个暗点,周围环绕着一簇同心的明暗相间的内疏外密圆环,这些圆环就叫做牛顿环,如图9-1(b )所示.在平凸透镜和平板玻璃之间有一层很薄的空气层,通过透镜的单色光一部分在透镜和空气层的交界面上反射,一部分通过空气层在平板玻璃上表面上反射,这两部分反射光符合相干条件,它们在平面透镜的凸面上相遇时就会产生干涉现象。
牛顿环和劈尖干涉【实验目的】1. 学习用牛顿环测量透镜的曲率半径和劈尖的厚度。
2. 熟练使用读数显微镜。
【实验仪器】移测显微镜,钠光灯,牛顿环仪和劈尖装置。
【实验原理】测量透镜曲率半径的公式为:224()m nd dRm nλ-=-【实验内容】一、用牛顿环测量透镜的曲率半径1.调节牛顿环仪,使牛顿环的中心处于牛顿环仪的中心。
(为什么?)2. 将牛顿环仪置于显微镜平台上,调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。
此时显微镜中的视场由暗变亮。
(一定能调出条纹吗?)3. 调节显微镜,直至看清十字叉丝和清晰的干涉条纹。
(注意:调节显微镜物镜镜筒时,只能由下向上调节。
为什么?)4. 观察条纹的分布特征。
察看各级条纹的粗细是否一致,条纹间隔是否一样,并做出解释。
观察牛顿环中心是亮斑还是暗斑,若为亮斑,如何解释?5. 测量暗环的直径。
转动移测显微镜读数鼓轮,同时在目镜中观察,使十字刻线由牛顿环中央缓慢向一侧移动然后退回第30环,自30环开始单方向移动十字刻线,每移动一环即记下相应的读数直到第25环,然后再从同侧第15环开始记数直到第10环;穿过中心暗斑,从另一侧第10环开始依次记数到第15环,然后从第25环记数直至第30环。
并将所测数据记入数据表格中。
(为什么测量暗环的直径,而不是测量亮环的直径?)6. 观察透射光束形成的牛顿环。
7. 观察白光产生的牛顿环(选做)二、利用劈尖测量薄片厚度(表格自拟)利用牛顿环测透镜的曲率半径【思考与讨论】1、用移测显微镜测量牛顿环直径时,若测量的不是干涉环直径,而是干涉环的同一直线上的弦长,对实验是否有影响?为什么?2、透射光能否形成牛顿环?它和反射光形成的牛顿环有什么区别?。
等厚干涉实验—牛顿环和劈尖干涉
等厚干涉实验,是由洪堡用他的牛顿环提出来的,它是细节最精确的光学实验中的一种,从1832年到今天依然使用着这种工具,用于测量光的波长。
与常见的牛顿环相比,劈尖干涉实验对更精确的波长测量更加具有优势,因此得到了广泛的应用。
等厚干涉实验由牛顿环和劈尖干涉组成。
牛顿环是带有镶边的圆形玻璃,其边缘处有两个凹痕,它们被锯齿状分割或尖锐的割边填充,形成镶边,这种特殊的凹痕可以将光线形成一个尖锐而密集的条状图案。
光线由镶边穿过时,产生干涉。
劈尖干涉则不依靠物理凹痕来实现,而是依靠使用两个平行的光纤,其中一根分成两端,由一个非激光的光源为源入射在第一根光纤上,然后从两端发出,分别穿过另外一端光纤,最后从E型探头出发,形成劈尖边缘,从而产生干涉。
等厚干涉实验的基本原理是,入射光有一定的空间图案,其条纹会与凹痕或劈尖边缘相互叠加,形成干涉。
在实际操作中,将该干涉实验用于波长测量时,只要将数据拟合到模型公式,便可以准确测量出光的波长。
等厚干涉实验的优势在于,操作简便,测量准确,同时具有较高的精度。
而缺点是,由于采用凹痕或劈尖边缘,光线会产生不可预测的多普勒效应,而且各种环境因素会对结果造成影响,所以并不能完全准确测量光的波长。
牛顿环和劈尖干涉实验报告
实验目的:
1.观察和研究牛顿环和劈尖干涉现象。
2.通过实验验证光的波动性和干涉现象。
实验原理:
1.牛顿环实验:当一块平行玻璃板接触在光源上方的凸透镜或光源上并与凸透镜或光源的平面接触很好且空间之间没有气泡时,光线会形成彩色的环,称为牛顿环。
这是由于平行玻璃板和凸透镜或光源形成的薄膜导致光的干涉现象。
2.劈尖干涉实验:通过将一束单色光通过劈尖上的狭缝后,使光线呈现出明暗交替的条纹模式。
这是由于光的波动性导致光的干涉现象。
实验步骤:
1.牛顿环实验:
a)将凸透镜或光源放置在平台上,并调整到合适的高度。
b)在平行玻璃板上放置一滴水或一小滴云母溶液,并将平行玻璃板轻轻放在凸透镜或光源上方。
c)观察并记录形成的彩色环的数量和颜色。
根据环的半径和波长,可以计算出平行玻璃板的折射率。
2.劈尖干涉实验:
a)将劈尖放置在光源前方,并保持其垂直于光线。
b)使用狭缝光源发出一束单色光线并通过劈尖上的狭缝。
c)在屏幕上观察并记录明暗交替的条纹模式。
根据条纹的间距
和波长,可以计算出光的波长或劈尖的缝宽。
实验结果:
1.牛顿环实验:观察到形成的彩色环的数量和颜色。
2.劈尖干涉实验:观察到明暗交替的条纹模式,并记录条纹的间距。
实验结论:
1.牛顿环实验:根据计算得到的彩色环的半径和波长,可以计算出平行玻璃板的折射率。
2.劈尖干涉实验:根据条纹的间距和波长计算,可以得出光的波长或劈尖的缝宽。
通过以上两个实验,我们验证了光的波动性和干涉现象,并通过计算得到了相关参数。
等厚干涉实验报告记录————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:大学物理实验报告(等厚干涉)一、实验目的:1.、观察牛顿环和劈尖的干涉现象。
2、了解形成等厚干涉现象的条件极其特点。
3、用干涉法测量透镜的曲率半径以及测量物体的微小直径或厚度。
二、实验原理:1.牛顿环牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成,结构如图所示。
当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时,由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜,经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差,它们在平凸透镜的凸面(底面)相遇后将发生干涉,干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆,称为牛顿环(如图所示。
由牛顿最早发现)。
由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等,故称为等厚干涉。
牛顿环实验装置的光路图如下图所示:设射入单色光的波长为λ,在距接触点r k处将产生第k级牛顿环,此处对应的空气膜厚度为d k,则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为22λδ+=kknd式中,n为空气的折射率(一般取1),λ/2是光从光疏介质(空气)射到光密介质(玻璃)的交界面上反射时产生的半波损失。
根据干涉条件,当光程差为波长的整数倍时干涉相长,反之为半波长奇数倍时干涉相消,故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况:2)12(2222λλλδ+=+=kkdkkK=1,2,3,…K=0,1,2,…由上页图可得干涉环半径r k,膜的厚度d k与平凸透镜的曲率半径R之间的关系222)(kkrdRR+-=。
由于dk远小于R,故可以将其平方项忽略而得到22kkrRd=。
结合以上的两种情况公式,得到:λkRRdrkk==22,暗环...,2,1,0=k由以上公式课件,r k与d k成二次幂的关系,故牛顿环之间并不是等距的,且为了避免背光因素干扰,一般选取暗环作为观测对象。
一、实验目得:1、、观察牛顿环与劈尖得干涉现象。
2、了解形成等厚干涉现象得条件极其特点。
3、用干涉法测量透镜得曲率半径以及测量物体得微小直径或厚度。
二、实验原理:1.牛顿环牛顿环器件由一块曲率半径很大得平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成, 结构如图所示。
当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时,由于平凸透镜与玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增得空气膜, 经空气膜与玻璃之间得上下界面反射得两束光存在光程差, 它们在平凸透镜得凸面(底面)相遇后将发生干涉, 干涉图样就是以接触点为中心得一组明暗相间、内疏外密得同心圆, 称为牛顿环(如图所示。
由牛顿最早发现)。
由于同一干涉圆环各处得空气薄膜厚度相等, 故称为等厚干涉。
牛顿环实验装置得光路图如下图所示:设射入单色光得波长为λ,在距接触点r k处将产生第k级牛顿环, 此处对应得空气膜厚度为d k, 则空气膜上下两界面依次反射得两束光线得光程差为式中,n为空气得折射率(一般取1), λ/2就是光从光疏介质(空气)射到光密介质(玻璃)得交界面上反射时产生得半波损失。
根据干涉条件,当光程差为波长得整数倍时干涉相长,反之为半波长奇数倍时干涉相消,故薄膜上下界面上得两束反射光得光程差存在两种情况:由上页图可得干涉环半径r k, 膜得厚度dk与平凸透镜得曲率半径R之间得关系。
由于dk远小于R, 故可以将其平方项忽略而得到。
结合以上得两种情况公式,得到:K=1,2,3,…、, 明环K=0,1,2,…、, 暗环,由以上公式课件, r k与d k成二次幂得关系,故牛顿环之间并不就是等距得, 且为了避免背光因素干扰, 一般选取暗环作为观测对象。
而在实际中由于压力形变等原因, 凸透镜与平板玻璃得接触不就是一个理想得点而就是一个圆面; 另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑, 这些都致使干涉环得级数与半径无法准确测量。
而使用差值法消去附加得光程差,用测量暗环得直径来代替半径,都可以减少以上类型得误差出现。
等厚干涉实验—牛顿环和劈尖干涉要观察到光的干涉图象,如何获得相干光就成了重要的问题,利用普通光源获得相干光的方法是把由光源上同一点发的光设法分成两部分,然后再使这两部分叠如起来。
由于这两部分光的相应部分实际上都来自同一发光原子的同一次发光,所以它们将满足相干条件而成为相干光。
获得相干光方法有两种。
一种叫分波阵面法,另一种叫分振幅法。
1.实验目的(1)通过对等厚干涉图象观察和测量,加深对光的波动性的认识。
(2)掌握读数显微镜的基本调节和测量操作。
(3)掌握用牛顿环法测量透镜的曲率半径和用劈尖干涉法测量玻璃丝微小直径的实验方法 (4)学习用图解法和逐差法处理数据。
2.实验仪器读数显微镜,牛顿环,钠光灯3.实验原理我们所讨论的等厚干涉就属于分振幅干涉现象。
分振幅干涉就是利用透明薄膜上下表面对入射光的反射、折射,将入射能量(也可说振幅)分成若干部分,然后相遇而产生干涉。
分振幅干涉分两类称等厚干涉,一类称等倾干涉。
用一束单色平行光照射透明薄膜,薄膜上表面反射光与下表面反射光来自于同一入射光,满足相干条件。
当入射光入射角不变,薄膜厚度不同发生变化,那么不同厚度处可满足不同的干涉明暗条件,出现干涉明暗条纹,相同厚度处一定满足同样的干涉条件,因此同一干涉条纹下对应同样的薄膜厚度。
这种干涉称为等厚干涉,相应干涉条纹称为等厚干涉条纹。
等厚干涉现象在光学加工中有着广泛应用,牛顿环和劈尖干涉就属于等厚干涉。
下面分别讨论其原理及应用:(1)用牛顿环法测定透镜球面的曲率半径牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜和一块光学平玻璃片(又称“平晶”)相接触而组成的。
相互接触的透镜凸面与平玻璃片平面之间的空气间隙,构成一个空气薄膜间隙,空气膜的厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
如图9-1(a )所示。
Rer(a ) (b)图9-1 牛顿环装置和干涉图样当单色光垂直地照射于牛顿环装置时(如图9-1),如果从反射光的方向观察,就可以看到透镜与平板玻璃接触处有一个暗点,周围环绕着一簇同心的明暗相间的内疏外密圆环,这些圆环就叫做牛顿环,如图9-1(b )所示.在平凸透镜和平板玻璃之间有一层很薄的空气层,通过透镜的单色光一部分在透镜和空气层的交界面上反射,一部分通过空气层在平板玻璃上表面上反射,这两部分反射光符合相干条件,它们在平面透镜的凸面上相遇时就会产生干涉现象。
等厚干涉牛顿环劈尖实验报告
一、实验目的
本次实验旨在运用激光厚干涉仪和牛顿环劈尖,了解光波在牛顿环劈尖中的折射作用,从而证明劈尖的存在。
二、实验原理
1、牛顿环劈尖的概念
牛顿环劈尖(Newton's ring)是由牛顿发现的一种光电现象,也叫牛顿环。
它是由光
的入射口、出射口以及中间的物体所形成的闭环光路,由此形成的环形状的干涉图形叫牛
顿环。
一般当光通过闭环光路,通过重叠的方式产生干涉现象,形成牛顿环。
2、厚干涉
厚干涉又称原来层干涉,是使用衍射光斑阵列照射在去表面上形成的干涉图形,它反
映出物体厚度的信息。
据此,可以分析出该物体表面的厚度,它也可以用来研究表面形状
的变化。
三、实验仪器
激光厚干涉仪、牛顿环劈尖、活塞式调准器、激光源。
四、实验步骤
1、安装实验仪器:
将激光厚干涉仪、激光源和活塞式调准器置于室内,保持激光垂直实验台,并将牛顿
环劈尖调整成柱形玻璃以后,放置在实验台上。
2、调整激光和牛顿环劈尖:
使用活塞式调准器,调节激光的垂直方向,使其正好照射到牛顿环劈尖上,并用手调
节牛顿环劈尖,将劈尖调节至聚焦位置。
3、实验观察:
调节激光后,观察实验台上的屏幕,可以观察到环的清晰程度,清晰的环表明劈尖的
存在,从而证明牛顿环劈尖的存在。
五、实验结果
实验结束后,可以观察到清晰的牛顿环,证明了劈尖的存在。
王皓平 6100411063 电III112班 S07716 00 十一 一 25 T012实验名称:光的等厚干涉一、引言:光的等厚干涉,是利用透明薄膜的上下两表面对入射光的一次反射,反射光相遇时发生的。
二、实验目的:1、观察牛顿环和劈尖的干涉现象。
2、了解形成等厚干涉现象的条件极其特点。
3、用干涉法测量透镜的曲率半径以及测量物体的微小直径或厚度。
三、实验原理:当一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一片平玻璃上,两者之间便会形成类似劈尖的劈形空气薄层,当平行光垂直地设想平凸透镜时,便会形成干涉条纹。
牛顿环是一种的等厚干涉,利用它可以检验光学元件的平整度、光洁度;测定透镜的曲率半径或测量单色光波长。
本实验用牛顿环来测定透镜的曲率半径。
为此要找出干涉条纹半径r 、光波波长λ和透镜曲率半径R 三者之间的关系。
{2e +λ2=kλ 明环2e +λ2=(2k +1)λ2暗环r 2=R 2−(R −e)2=2Re −e 2; 又R>>e,e 2<<2Re,e 2可以忽略不计。
e =r 2/2RRre王皓平 6100411063 电III112班 S07716 00 十一 一 25 T012{r 2=√(2k −1)Rλ/2 明环r 2=√kRλ 暗环采用第n 级和第m 级计算R :R =d m 2−d n 24λ(m −n)劈尖干涉:d =l Δl ∙λ2四、实验仪器:牛顿环装置,钠光灯,读数显微镜,劈尖,游标卡尺五、实验内容:1. 启动钠光灯,调节装置,开始实验。
2. 调节显微镜,使玻璃片呈45度。
3. 测量牛顿环直径。
4. 计算R 。
六、实验记录:王皓平 6100411063 电III112班 S07716 00 十一 一 25T012七、数据处理:r =Rλk ; Rλ=7.1574;R =1214559.647mm ; 2)R =d m 2−d n 24λ(m −n)=Δ4λ15R̅=87465.181mm王皓平6100411063 电III112班S07716 00 十一一25 T012八、实验结果:R=(8746.518±30.160)cmE=0.345%九、误差分析:1. 实验中叉丝为对准圆心,导致实验误差,使结果较小。
实验报告牛顿环与劈尖干涉实验名称:牛顿环与劈尖干涉实验实验目的:1.理解和掌握牛顿环和劈尖干涉的原理和方法;2.观察和测量牛顿环的形状和颜色变化,并分析其原理;3.观察和测量劈尖干涉的干涉条纹并分析其原理。
实验器材:1.汞灯;2.凸透镜;3.牛顿环产生装置;4.分光镜;5.目镜;6.孔径片;7.毛玻璃;8.劈尖装置。
实验原理:1.牛顿环:当透明物体与平行光波相遇时,发生了光的干涉现象。
当顶点与透镜接触时,透过透镜的平行光波发生了干涉,形成了牛顿环。
2.劈尖干涉:光从狭缝中通过之后,会形成一系列同心圆环的干涉图案,这一现象被称为劈尖干涉。
两束光经过狭缝后相遇,由于光程不同而产生干涉。
实验步骤:牛顿环实验:1.将凸透镜固定在光源下方的牛顿环产生装置中;2.调整透镜的高度,使其与玻璃板的顶点接触;3.通过分光镜照明,从透镜的一侧观察牛顿环;4.用目镜逐渐靠近牛顿环,在视野最亮的地方读取孔径片的厚度,重复三次测量取平均值。
劈尖干涉实验:1.将劈尖装置放置在光源的一侧,使光通过劈尖装置形成干涉图案;2.通过调整劈尖装置和观察屏的距离,观察干涉图案的变化;3.使用目镜和微调节焦距,逐渐靠近干涉图案直到清晰可见,测量不同环的半径;4.测量两个相邻环之间的距离。
实验结果与分析:牛顿环实验:通过测量读数和计算,可以得到牛顿环的半径和孔径片的厚度之间的关系。
根据厚度和半径的关系,可以计算出透镜的曲率半径。
在实验中,我们可以观察到牛顿环半径随孔径片厚度的变化,并验证了光的相干性和干涉现象。
劈尖干涉实验:根据干涉条纹的半径和距离测量结果,可以计算出干涉过程中两光束的相位差和波长。
通过变化劈尖装置和观察屏的距离,可以调整干涉图案的亮暗程度和间距。
根据劈尖干涉的原理,我们可以观察到干涉条纹的明暗变化,并推测出两束光的相位差和波长。
实验总结:通过本次牛顿环和劈尖干涉实验,我们深入了解了光的干涉现象和干涉图案的变化规律。
通过测量和计算,我们成功验证了牛顿环和劈尖干涉的原理,并得到了相关的数据结果。
一、实验目的1. 观察牛顿环和劈尖干涉现象,了解等厚干涉的特点。
2. 利用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径。
3. 利用劈尖干涉测定细丝直径或薄片厚度。
二、实验原理1. 牛顿环原理:牛顿环是由平凸透镜与平板玻璃之间的空气薄层形成的等厚干涉现象。
当单色光垂直入射时,在透镜表面发生反射,反射光在空气薄层上下表面发生干涉,形成明暗相间的同心圆环。
根据干涉条件,当空气薄层厚度满足一定条件时,出现明环或暗环。
2. 劈尖干涉原理:劈尖干涉是由两块平板玻璃之间形成的劈尖状空气薄层形成的等厚干涉现象。
当单色光垂直入射时,在空气薄层上下表面发生反射,反射光在空气薄层附近发生干涉,形成明暗相间的条纹。
根据干涉条件,当空气薄层厚度满足一定条件时,出现明条纹或暗条纹。
三、实验仪器与用具1. 牛顿环仪:包括平凸透镜、平板玻璃、金属框架、螺旋等。
2. 劈尖干涉仪:包括两块平板玻璃、细丝或薄片、读数显微镜等。
3. 钠灯:提供单色光源。
4. 移测显微镜:用于观察干涉条纹。
四、实验步骤1. 牛顿环实验:(1)将平凸透镜与平板玻璃叠合安装在金属框架中,调整螺旋使透镜与平板玻璃接触紧密。
(2)将牛顿环仪置于钠灯下,用移测显微镜观察牛顿环条纹。
(3)测量第m级暗环的半径r,根据公式R=λr/(2m)计算透镜的曲率半径R。
2. 劈尖干涉实验:(1)将细丝或薄片夹在两块平板玻璃之间,形成劈尖。
(2)将劈尖置于读数显微镜载物台上,调节显微镜使叉丝与劈尖干涉条纹重合。
(3)测量劈尖干涉条纹间距,根据公式d=λL/(2n)计算细丝直径或薄片厚度。
五、实验结果与分析1. 牛顿环实验结果:(1)测量第m级暗环的半径r,计算透镜的曲率半径R。
(2)分析实验误差,如测量误差、仪器误差等。
2. 劈尖干涉实验结果:(1)测量劈尖干涉条纹间距,计算细丝直径或薄片厚度。
(2)分析实验误差,如测量误差、仪器误差等。
六、实验结论1. 通过牛顿环实验,成功观察到等厚干涉现象,并利用干涉条件计算出透镜的曲率半径。
实验名称:等厚干涉一.实验目的:1. 理解牛顿环和劈尖干涉条纹的成因与等候干涉的含义:2. 学会用等候干涉法测量薄膜厚度和透镜曲率半径,并熟练运用逐差法处理实验数据3. 学习正确使用读数显微镜的方法。
二. 实验仪器测量显微镜、牛顿环、钠光灯、劈尖装置和待测细丝。
三.实验原理当一束单色光入射到透明薄膜上时,通过薄膜上下表面依次反射而产生两束相干光。
如果这两束反射光相遇时的光程差仅取决于薄膜厚度,则同一级干涉条纹对应的薄膜厚度相等,这就是所谓的等厚干涉。
本实验研究牛顿环和劈尖所产生的等厚干涉。
1. 等厚干涉如图3-17-1所示,玻璃板A 和玻璃板B 二者叠放起来,中间加有一层空气(即形成了空气劈尖)。
设光线1垂直入射到厚度为d 的空气薄膜上。
入射光线在A 板下表面和B 板上表面分别产生反射光线2和2´,二者在A 板上方相遇,由于两束光线都是由光线1分出来的(分振幅法),故频率相同、相位差恒定(与该处空气厚度d 有关)、振动方向相同,因而会产生干涉。
我们现在考虑光线2和2´的光程差与空气薄膜厚度的关系。
显然光线2´比光线2多传播了一段距离2d 。
此外,由于反射光线2´是由光密媒质(玻璃)向光疏媒质(空气)反射,会产生半波损失。
故总的光程差还应加上半个波长2/λ,即2/2λ+=∆d 。
根据干涉条件,当光程差为波长的整数倍时相互加强,出现亮纹;为半波长的奇数倍时互相减弱,出现暗纹。
因此有:=+=∆22λd ⎪⎩⎪⎨⎧⋅+⋅2)12(22λλK K 出现暗纹,,,出现亮纹 210,3,2,1==K K 光程差∆取决于产生反射光的薄膜厚度。
同一条干涉条纹所对应的空气厚度相同,故称为等厚干涉。
2. 牛顿环当一块曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃上,在透镜的凸面和平板玻璃间形成一个上表面是球面,下表面是平面的空气薄层,其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
离接触点等距离的地方,厚度相同,等厚膜的轨迹是以接触点为中心的圆。
实验名称:等厚干涉—牛顿环和劈尖
姓名学号班级
日期20年月日时段
一、实验目的
1. 观察等厚干涉现象,了解其特点。
2. 学习用等厚干涉测量物理量的两种方法。
3. 学习使用显微镜测量微小长度。
二、实验仪器及器件
牛顿环装置,平板光学玻璃片,读数显微镜,钠光灯,待测细丝(请自带计算器)。
三、实验原理
1.等厚干涉(简述原理、特点和应用)
2. 牛顿环产生原理
1. 用牛顿环测凸透镜的曲率半径。
实验装置如图所示,其中,M为读数显微镜镜
头,P为显微镜上的小反射镜,L为牛顿环装置。
(1)借助室内灯光,用肉眼直接观察牛顿环,
调节牛顿环装置上的三个螺丝钮,使牛顿环圆心
位于透镜中心。
调节时,螺丝旋钮松紧要适合,
即要保持稳定,又勿过紧使透镜变形。
(2)将显微镜镜筒调到读数标尺中央,并使入射光方向与显微镜移动方向垂直。
放入牛顿环装置,移动显微镜整体方位和P的角度,使视场尽可能明亮。
(3)调节显微镜目镜,使十字叉丝清晰。
显微镜物镜调焦,直到看清楚牛顿环并使叉丝与环纹间无视差(注意:物镜调焦时,镜筒应由下向上调以免碰伤物镜或被测物)。
移动牛顿环装置使叉丝对准牛顿环中心。
能在显微镜中看到清晰的牛顿环关键有三点:a.确保目测到的牛顿环在物镜的正下方;b.P反射镜角度合适,使S发出的钠黄光尽可能多地反射入物镜;c.物镜调焦合适。
(4)定性观察待测圆环是否均在显微镜读数范围之内并且清晰。
(5)定量测量:由于环中心有变形,应选择10级以上的条纹进行测量。
如取m-n=8,则分别测出第25级到第10级各级的直径,然后用逐差法处理数据,求出曲率半径R。
并给出完整的实验结果。
数据处理可以用EXCEL处理。
测量时应注意避免螺旋空程引入的误差,这要求在整个测量过程中,显微镜筒只能朝一个方向移动,不许来回移动。
特别在测量第25级条纹时,应使叉丝先越过25级条纹(比如第30级条纹)然后返回第25级条纹,并对第25级条纹的暗环中心位置开始读数并依次沿同一方向测完全部数据。
2. 用劈尖测细丝直径
(1)用两块平行板夹细铜丝或头发丝等被测物制成劈尖,劈尖放在载物台上,调焦得到清晰的条纹且无视差。
调整劈尖位置,使干涉条纹与棱边平行。
转动劈尖使条纹与显微镜移动方向垂直。
(2)测量n=20个条纹的间距l和L,计算出D值。
并给出完整的实验结果。
五、实验记录及数据处理
六、实验思考题
1.实验中,除讨论的两表面反射光外,其它表面所反射的光之间能否产生干涉?(给出解释)
2.在劈尖实验中,如果下平板玻璃板表面有微小的凹凸,则该处空气薄膜厚度和干涉条纹
如何畸变?(可画图说明)。