【BIT大学物理实验数据处理】光的干涉

4.11光的干涉—－牛顿环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。

牛顿环是一种用分振幅方法实现的等厚干涉现象，最早为牛顿所发现，所以叫牛顿环。

在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波的波长，精确地测量长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。

【实验目的】1. 通过实验加深对等厚干涉的理解。

2. 学会使用读数显微镜并通过牛顿环测量透镜的曲率半径。

3. 学会使用读数显微镜测距。

4. 学会用图解法和逐差法处理数据。

【实验仪器】读数显微镜，牛顿环仪，钠光灯。

【实验原理】牛顿环仪是由曲率半径较大的平凸透镜L 和磨光的平玻璃板P 叠和装在金属框架F 中构成，如图4-11-1所示。

框架边上有三个螺旋H用来调节L 和P 之间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置。

调节H 螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变，甚至损坏透镜。

1114--图如图4-11-2所示平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干涉。

从透镜上看到的干涉花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环（如图4-11-3所示），称为牛顿环。

由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此它属于等厚干涉。

••• •• 由图4-11-2可见，如设透镜的曲率半径为Ｒ，与接触点Ｏ相距为ｒ处空气层的厚度为ｄ，其几何关系式为：222)(r d R R +-=2222r d Rd R ++-=由于Ｒ>>ｄ，可以略去d 2得Rr d 22= (4-11-1)•• 光线应是垂直入射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从而带来λ/2的附加光程差，所以总光程差为•• 22λ+=∆d (4-11-2)产生暗环的条件是： • ∆=(2ｋ＋１)2λ(4-11-3) 其中ｋ＝0，1，2，3，...为干涉暗条纹的级数。

大连理工大学大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第11周，星期 二 第 5-6 节实验名称 光的等厚干涉教师评语实验目的与要求：1. 观察牛顿环现象及其特点， 加深对等厚干涉现象的认识和理解。

2. 学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。

3. 掌握读数显微镜的使用方法。

实验原理和内容： 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：成 绩教师签字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+=k k nd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+=+=k k d k k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)(k k r d R R +-=。

由于dk 远小于R ， 故可以将其平方项忽略而得到22k k r Rd =。

大学物理光的干涉详解（二）引言：光的干涉是光学中一种重要的现象，它在许多领域都有广泛的应用。

本文将对大学物理光的干涉进行详细的解析，以帮助读者更好地理解和应用光的干涉现象。

正文：一、双缝干涉1. 构造双缝干涉实验装置的基本原理2. 双缝干涉的条件和特点3. 双缝干涉的干涉条纹及其解释4. 双缝干涉的应用：衍射光栅的原理和工作方式5. 双缝干涉实验的注意事项与常见误差分析二、单缝干涉1. 单缝干涉实验的基本原理2. 单缝干涉的条件和特点3. 单缝干涉的干涉条纹及其解释4. 单缝干涉的应用：干涉测量与像差的消除5. 单缝干涉实验的注意事项与常见误差分析三、牛顿环干涉1. 牛顿环干涉实验的基本原理2. 牛顿环干涉的条件和特点3. 牛顿环干涉的干涉条纹及其解释4. 牛顿环干涉的应用：薄膜的测量与分析5. 牛顿环干涉实验的注意事项与常见误差分析四、薄膜干涉1. 薄膜干涉实验的基本原理2. 薄膜干涉的条件和特点3. 薄膜干涉的干涉条纹及其解释4. 薄膜干涉的应用：反射镜、透射镜和干涉滤光片的工作原理5. 薄膜干涉实验的注意事项与常见误差分析五、光栅干涉1. 光栅干涉实验的基本原理2. 光栅干涉的条件和特点3. 光栅干涉的干涉条纹及其解释4. 光栅干涉的应用：光谱仪的工作原理与光谱分析5. 光栅干涉实验的注意事项与常见误差分析总结：通过对大学物理光的干涉的详细解析，我们深入理解了双缝干涉、单缝干涉、牛顿环干涉、薄膜干涉和光栅干涉的原理、特点、干涉条纹和应用。

这些知识对于我们理解光的行为、进行精确测量和应用于实际中都具有重要意义。

在进行干涉实验时，我们需要注意实验装置的搭建和调整，以及可能出现的误差来源，以确保准确的实验结果。

光的干涉实验的步骤和数据处理方法光的干涉实验是一种经典的实验方法，用于研究光的波动性质。

通过观察干涉条纹的变化，可以得到光的波长和相干长度等重要参数。

本文将介绍光的干涉实验的基本步骤和常用的数据处理方法。

一、实验步骤1. 实验器材准备首先，我们需要准备一些实验器材，包括光源、分光镜、透镜、干涉装置等。

光源可以选择激光器或者白光源，分光镜用于将光源分成两束相干光，透镜用于调节光线的聚焦程度，干涉装置则包括反射镜、透射板等。

2. 调整干涉装置将干涉装置放置在光源的前方，调整反射镜和透射板的角度，使得两束光线分别经过反射和透射后再次相遇。

这样，就可以产生干涉现象。

3. 观察干涉条纹在干涉装置的输出端放置一个屏幕或者干涉仪，用于观察干涉条纹。

当两束光线相遇时，会形成明暗相间的干涉条纹。

通过调节反射镜和透射板的角度，可以改变干涉条纹的形状和间距。

4. 记录实验数据观察干涉条纹的变化，并记录下来。

可以使用显微镜或者干涉仪来放大干涉条纹，以便更加准确地测量。

二、数据处理方法1. 测量干涉条纹的间距干涉条纹的间距是光的波长和相干长度的重要参数。

可以使用显微镜或者干涉仪来测量干涉条纹的间距。

将干涉条纹放大后，使用标尺或者测微器来测量相邻两个暗纹或者亮纹之间的距离。

重复测量多组数据，取平均值作为最终结果。

2. 计算光的波长根据干涉条纹的间距和干涉装置的参数，可以计算出光的波长。

假设干涉装置的倾角为θ，两束光线的夹角为α，则干涉条纹的间距d满足以下关系式：d = λ/(2sinθ) = λ/(2sinα/2)其中，λ为光的波长。

通过测量干涉条纹的间距和干涉装置的参数，可以计算出光的波长。

3. 确定相干长度相干长度是指两束相干光线在干涉装置中保持相干的最大长度。

可以通过测量干涉条纹的消失长度来确定相干长度。

当两束光线的相位差超过π时，干涉条纹就会消失。

测量干涉条纹消失时两束光线的夹角，再结合光的波长，可以计算出相干长度。