17-牛顿环劈尖的等厚干涉.ppt

牛顿环劈尖的等厚干涉 大学物理实验教程 牛顿环干涉现象是对光的波动性的最好证明之一。在光学元件的加工和应用领域中，常常用牛顿环的原理来检验光学元件的粗糙度和平面度或曲面表面的准确度。 劈尖干涉的主要应用是在于测量微小线度、厚度以及表面粗糙度、平行度等。 牛顿环劈尖的等厚干涉 牛顿环劈尖的等厚干涉 实验教学目的 1. 了解光的干涉条纹的成因及特点。 2. 熟悉读数显微镜的调整和使用方法。 3. 观察记录光的等厚干涉现象。 4. 测量牛顿环的曲率半径。 5. 测量劈尖的厚度。 实验仪器及技术指标 1. 读数显微镜： 45倍；⊿ins=0.005mm。 2. 牛顿环装置，如图所 示；标称曲率半径 850㎜。 3. 劈尖； 4. 钠灯：波长589.3nm。 牛顿环劈尖的等厚干涉 实验原理 图2 牛顿环干涉光路图 利用反射光进行测量。 从B点返回A点的光线1在凸镜上产生的折射光与刚到A点的光线2在凸镜上的反射光相遇形成同向相干干涉；和返回A点的光线1在凸镜界面上的反射光与刚到A点的光线2在凸镜界面上的折射光相遇形成的同向相干干涉，这二种相遇情况是同时并存的；它们共同形成了等厚度的干涉环纹。 如图所示。 牛顿环劈尖的等厚干涉 二束相干光的光程差（空气的折射率?1） 光程差 （k=0,1,2,3,…） 干涉条件 选定暗条纹。由此可得 ek=k?/2 （1） 有Δek=Δk（?/2）=±?/2；即相邻条纹的厚度始终相等，故称此现象为等厚干涉。 牛顿环劈尖的等厚干涉 牛顿环劈尖的等厚干涉 牛顿环的曲率半径公式的导出 由图1中的几何关系知： 化简，得 由于ek Rrk，故忽略二阶小量ek2 ；得 （2） （2）式中的rk为第k级牛顿圈（平面投影）的半径。 解（1）、（2）式方程组可得 （3） 如何避免圆心位置和半径位置难定的问题 我们采用将暗环K级变换成环级差（m-n）的直径的平方差测量。令k = m 和k = n (m≠n)，代入（3）式，可得 牛顿环劈尖的等厚干涉 R的不确定度评定 Δmn= 0.1 牛顿环劈尖的等厚干涉 牛顿环劈尖的等厚干涉 劈尖的干涉 用劈尖测微小线度如图9所示， 当1束单色光垂直 照射尖劈面 ABB?A?时，空气劈中的2束相 干光在斜面 k处相遇形成干涉 条纹经 过2次反射后低达斜 面的光线有半波损失，明暗相间的干涉条纹的间隔恒，并与平行；设单位长度内的条纹数为n，劈尖的斜面长为L，暗条纹总数为N。则 实验操作提示 1. 钠灯的发光中心应与显微镜头前的45? 波片中心等高。 2. 45? 波片中心必须对准牛顿环的干涉区。 3. 微调牛顿环上3只螺钉中的任何1只，使干涉环的中心为暗斑。 4. 移动镜头，使标尺位于25 cm区， “+”字叉丝位于中央暗斑的中心。 牛顿环劈尖的等厚干涉 思考题 1.试证明环间距随环半径的增加而减小。 2.试问，如果入射光线并非垂直照射，干涉条纹情况会如何？ 3.如果入射光线为透射光，则观察到的牛顿环条纹如何？请与入射光线为反射光时的条纹相比较，试说明之。 牛顿环劈尖的等厚干涉