等厚干涉原理和应用试验汇报

等厚干涉原理和应用试验汇报 篇一：等厚干涉试验牛顿环和劈尖干涉等厚干涉试验牛顿环和劈尖干涉要观察到光的干涉图象，怎样取得相干光就成了主要的问题，利用一般光源取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。因为这两部分光的对应部分实际上全部来自同一发光原子的同一次发光，因此它们将满足相干条件而成为相干光。取得相干光方法有两种。一个叫分波阵面法，另一个叫分振幅法。1试验目标（1）经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础调整和测量操作。（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试验方法 （4）学习用图解法和逐差法处理数据。2试验仪器读数显微镜，牛顿环，钠光灯3试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，薄膜上表面反射光和下表面反射光来自于同一入射Rre(a)(b)图9-1 牛顿环装置和干涉图样光，满足相干条件。当入射光入射角不变，薄膜厚度不一样发生改变，那么不一样厚度处可满足不一样的干涉明暗条件，出现干涉明暗条纹，相同厚度处一定满足一样的干涉条件，所以同一干涉条纹下对应一样的薄膜厚度。这种干涉称为等厚干涉，对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和平玻璃片平面之间的空气间隙，组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步增加。图9-1（a）所表示。当单色光垂直地照射于牛顿环装置时(图9-1)，假如从反射光的方向观察，就能够看到透镜和平板玻璃接触处有一个暗点，周围围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，图9-1（b）所表示在平凸透镜和平板玻璃之间有一层很薄的空气层，经过透镜的单色光一部分在透镜和空气层的交界面上反射，一部分经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。当透镜凸面的曲率半径很大时，在相遇时的两反射光的几何旅程差为该处空气间隙厚度e的两倍，即2e；又因为这两条相干光线中一条光线经过空气层在平板玻璃上表面上反射，在光密介质面上的反射，存在半波损失，而另一条光线来自光疏介质面上的反射，不存在半波损失。因此，在两相干光相遇时的总光程差为 ：?2e?当光程差满足?2（9-1）,k?0,1,2,3,? （9-2）22即2e?k? （9-3）时，为暗条纹。?2e?(2k?1)?2e?2?2k?2,k?0,1,2,3,? （9-4）即 2e?k?时，为明条纹。?2（9-5）由（9-3）式，可见透镜和平板玻璃接触处e=0，故为一个暗点，因为空气膜的厚度从中心接触点到边缘逐步增加，这么交替地满足明纹和暗纹条件，全部厚度相同的各点，处于同一同心圆环上，因此我们能够看到一簇的明暗相间的圆环。图9-1（a）所表示，由几何关系，可得第k个圆环处空气层的厚度ek和圆环的半径rk的关系，即2（9-6） rk2?R2?(R?ek)2?2Rek?ek因为Rek，因此可略去ek2，即rk2ek?（9-7）2R试验中测量通常见暗环，从(9-7)式和(9-3)式得到第K级暗环的半径为rk2?kR?,k?0，1，2，3，?（9-8）若已知单色光的波长，经过试验测出第k个暗环半径rk，由(9-8)式就能够计算出透镜的曲率半径R。但因为玻璃的弹性形变，平凸透镜和平板玻璃不可能很理想地只以一点接触，这么就无法正确地确定出第k个暗环的几何中心位置，因此第k个暗环半径rK难以正确测得。故比较正确地方法是测量第k个暗环的直径Dk 。在数据处理上可采取以下两种方法： 图解法测量出各对应K暗环的直径DK，由式（9-8）得Dk2?(4R?)k （9-9）作DK2K图线，为一直线，由图求出直线的斜率，已知入射光波长，可算出R。 逐差法设第m条暗环和第 n条暗环的直径各为Dm及Dn，则由式（9-9）可得22Dm?DnR? （9-10）4(m?n)?可见只求出Dm2-Dn2及环数差m-n 即可算出R，无须确定环的级数及中心。 （2）用劈尖干涉法测量金属丝的微小直径d将待测的金属丝放在两块平板玻璃之间的一端，则形成劈尖形空气薄膜，图9-2所表示今以单色光垂直照射在玻璃板上，则在空气劈尖的上表面形成干涉条纹，条纹是平行于棱的一组图9-2 劈尖形空气薄膜等距离直线，且相邻两条纹所对应的空气膜厚度之差为半个波长，若距棱L处劈尖的厚度为d(即金属丝的直径)，单位长度中所含的条纹数为n，则d?nL4试验内容和步骤 （1） 试验装置的调整 先用眼睛粗调?2（9-11）假如已知，并测出n、L等量后；则金属丝的直径d即可求得。将牛顿环装置放在读数显微镜的工作台上，先不从显微镜里观察而用眼睛沿镜筒方向观察牛顿环装置，移动牛顿环装置，使牛顿环在显微镜筒的正下方。 再用显微镜观察a调整目镜，使看到的分划板上十字叉丝清楚。b转动套在物镜头上的45o透光反射镜，使透光反射镜正对光源，显微镜视场达成最亮。 c.旋转物镜调整手轮，使镜筒由最低位置，注意不要碰到牛顿环装置，缓缓上升，边升边观察，直至目镜中看到聚焦清楚的牛顿环。并合适移动牛顿环装置，使牛顿环圆心处于视场正中央。（1） 牛顿环直径的测量转动读数显微镜读数鼓轮，使显微镜自环心向一个方向移动，为了避免螺丝空转引发的误差，应使镜中叉丝先超出第30个暗环(中央暗环不算)即从牛顿环第一条暗环开始数到35个暗环，然后再缓缓退回到第30个暗环中央(因环纹有一定宽度)，记下显微镜读数即该暗环标度X30，再缓慢转动读数显微镜读数鼓轮，使叉丝交点依次对准第25，20，15，10和5个暗环的中央记下每次计数X25，X20，X15，Xl0，X5。并继续缓慢转动读数鼓轮，使目镜镜筒叉丝的交点经过牛顿环中心向另一方向记下第5，10，15，20，25，30暗环的读数X5，X10，X15，X20，X25，和X30。（3） 用逐差法处理数据，计算出透镜的曲率半径R及R的不确定度。依据逐差法处理数据的方法，把6个暗环直径数据分成两大组，把第30条和第15条相组合，第25条和第10条相组合，第20条和第5条相组合，求出三组(Dm2-Dn2)的平均值，依据(9-10)式，计算出透镜的曲率半径R。推导R的不确定度计算公式，计算出R的不确定度，写出结果表示式。 （4） 用图解法出透镜的曲率半径R由试验数据，做出DK2K图线，由图求出直线的斜率，再深入求出透镜的曲率半径R。 （5）用劈尖干涉法测量金属丝的微小直径d将牛顿环装置换成劈尖装置，为了测定条纹的垂直距离，应使条纹和镜筒的移动方向相垂直为了避免螺旋空转引发测量误差，应先转动读数显微镜的测微鼓轮，使镜筒仅向一个方向移动，当条纹移过了六、七条后，使十字叉丝和某条纹中心相重合，记下初读数，再依次使十字叉丝和下一个条纹中心相重合，记下读数，共测12条。一样用逐差法处理数据。当测出金属丝距棱的距离L和单位长度的条纹数n后，依据(9-23)式，即可求出金属丝的直径d，并计算d的不确定度。写出结果表示式。*（1）用牛顿环法测定透镜的曲率半径R 数据表格（表9-1）表9-1 用牛顿环法测定透镜的曲率半径R数据表格 逐差法处理数据由式（9-10）计算出透镜的曲率半径R R的不确定度：ucRS22ucmn2Dm?Dn?R ? ? 222?m?nDm?Dnuc?2=589.3nm，uc=0.3nm，ucmn=0.1，Dm2-Dn2只计算A类不确定度。R?R?ucR?88.40.6cm 用图解法出透镜的曲率半径R依据试验数据，以K为横坐标，DK2为纵坐标，做出DK2K图线，由图求出直线的斜率，依据式（9-9）再深入求出透镜的曲率半径R。 （2）用劈尖干涉法测量金属丝的微小直径d问题讨论（1）试验中使用的是单色光，假如用白光源会是什么结果？（2）假如牛顿环中心不是一个暗斑，而是一个亮斑，这是什么原因引发的?对测量有没有影响? （3）牛顿环试验中，假如平板玻璃上有微小的凸起，将造成牛顿环条纹发生畸变试问该处的牛顿环将局部内凹还是局部外凸?仪器介绍 （1）读数显微镜读数显微镜是用来测量微小长度的仪器（图9-3所表示），显微镜通常起放大物体的作用，而读数显微镜除放大(但放大倍数略小)物体外，还能测量物体的大小。关键是用来准确测量那些微小的或不能用夹持仪器(游标尺、螺旋测微计等)测量的物体的大小。转动读数显微镜测微鼓轮，显微镜筒可在水平方向左右移动，移动的位置由标尺上读出，目镜中装有一个十字叉丝，作为读数时对准待测物体的标线。测量前先调整目镜，使十字叉丝清楚，再调整调焦手轮对被测物体进行聚焦显微镜系统是和套在测微丝杆上的螺母套管相固定的，旋转读数鼓轮，即转动测微丝杆，就带动显微镜左右移动。移动的距离能够从主尺(读毫米图9-3 读数显微镜外形图篇二：大学物理试验汇报-等厚干涉深 圳 大 学 实 验 报 告课程名称：大学物理试验（一）试验名称：试验 等厚干涉学院： 物理科学和技术学院专业： 课程编号：组号：16 指导老师：汇报人： 学号：试验地点 科技楼 509试验时间： 2021 年 06 月 20 日 星期 一试验汇报提交时间： 年 月 日1、试验目标_2、试验原理_ _ _ _ _4、试验内容和步骤_ _ _ _5、数据统计R?_?_六 思索题1。测量时，若实际测量的是弦长，而不是牛顿环的直径，则对测量结果有何影响？为何？2。为何相邻两暗环（或亮环）之间的距离，靠近中心的要比边缘大？3。若已知光波波长和球面曲率半径，请设计出详细的试验方案，测量某种透明液体光学介质的折射率。4.分析牛顿环试验误差5.怎样利用牛顿环原理来检验平面玻璃表面质量6。试验中看到的牛顿环干涉条纹是有同一光束有空气薄膜上、下两表面反射后在上表面相遇所产生的干涉现象，那么从牛顿环装置透射出的光速是否一样能形成干涉条纹呢？如能，测和反射方向所观察到的干涉条纹有何不一样？篇三：光的等厚干涉 试验汇报大连理工大学大 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 202167025试验台号 试验时间 2021 年 11 月 04 日，第11周，星期 二 第5-6 节试验名称光的等厚干涉老师评语试验目标和要求：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了解。 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。试验原理和内容： 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组成， 结构图所表示。 当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时， 因为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（图所表示。 由牛顿最早发觉）。 因为同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等， 故称为等厚干涉。 牛顿环试验装置的光路图以下图所表示：设射入单色光的波长为， 在距接触点rk处将产生第k级牛顿环， 此处对应的空气膜厚度为dk， 则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为?k?2ndk?2式中， n为空气的折射率（通常取1）， /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。依据干涉条件， 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：?k?2dk?22k?2(2k?1)?2K=1,2,3,., 明环 K=0,1,2,., 暗环由上页图可得干涉环半径rk， 膜的厚度dk 和平凸透镜的曲率半径R之间的关系22R2?(R?dk)2?rk。 因为dk远小于R， 故能够将其平方项忽略而得到2Rdk?rk。 结合以上的两种情况公式， 得到：rk?2Rdk?kR?， k?0,1,2.,暗环由以上公式课件， rk和dk成二次幂的关系， 故牛顿环之间并不是等距的， 且为了避免背光原因干扰， 通常选择暗环作为观察对象。而在实际中因为压力形变等原因， 凸透镜和平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面； 另外镜面沾染回程会造成环中心成为一个光斑， 这些全部致使干涉环的级数和半径无法正确测量。 而使用差值法消去附加的光程差， 用测量暗环的直径来替代半径， 全部能够降低以上类型的误差出现。 由上可得：2D2m?D2nR?4(m?n)?式中， Dm、Dn分别是第m级和第n级的暗环直径， 由上式即可计算出曲率半径R。 因为式中使用环数差m-n替代了级数k， 避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。凸透镜的曲率半径也能够由作图法得出。 测得多组不一样的Dm和m， 依据公式D2m?4R?m。可知只要作图求出斜率4R?， 代入已知的单色光波长， 即可求出凸透镜的曲率半径R。 2. 劈尖将两块光学平玻璃叠合在一起， 并在其另一端插入待测的薄片或细丝（尽可能使其和玻璃的搭接线平行）， 则在两块玻璃之间形成以空气劈尖， 以下图所表示：当单色光垂直射入时， 在空气薄膜上下两界面反射的两束光发生干涉； 因为空气劈尖厚度相等之处是平行于两玻璃交线的平行直线， 所以干涉条纹是一组明暗相间的等距平行条纹， 属于等厚干涉。 干涉条件以下：?k?2dk?可知， 第k级暗条纹对应的空气劈尖厚度为?2?(2k?1)?2k=0, 1, 2,dk?k?2由干涉条件可知， 当k=0时d0=0， 对应玻璃板的搭接处， 为零级暗条纹。 若在待测薄物体出出现的是第N级暗条纹， 可知待测薄片的厚度（或细丝的直径）为d?N?2实际操作中因为N值较大且干涉条纹细密， 不利于N值的正确测量。 可先测出n条干涉条纹的距离l， 在测得劈尖交线到薄片处的距离为L， 则干涉条纹的总数为：N?代入厚度计算式， 可得厚度/直径为：nL ld?n2lL关键仪器设备：读数显微镜， 纳光灯， 牛顿环器件， 劈尖器件。步骤和操作方法： 1. 牛顿环直径的测量（1） 准备工作： 点亮并预热纳光灯； 调整光路， 使纳光灯均匀照射到读数显微镜的反光镜上， 并调整反光镜片使得光束垂直射入牛顿环器件。 适当调整牛顿环器件， 直至肉眼课件细小的正常完整的牛顿环干涉条纹后， 把牛顿环器件放至显微镜的中央并对准。 完成显微镜的调焦， 使牛顿环的中央和十字交叉的中心对准后， 固定牛顿环器件。（2） 测量牛顿环的直径：从第6级开始逐层测量到第15级暗环的直径， 使用单项测量法。转动测微鼓轮， 从零环处开始向左计数， 到第15级暗环时， 继续向左跨过直至第18级暗环后反向转动鼓轮（目标是消除空程误差）， 使十字线返回到和第15级暗环外侧相切时，开始读数； 继续转动鼓轮， 均以左侧相切的方法， 读取第14，13，12.7，6级暗环的读数并统计。继续转动鼓轮， 使十字叉线向右跨过圆环中心， 使竖直叉丝依次和第6级到第15级的暗环的右内侧相切， 顺次统计读数。同一级暗环的左右位置两次读数之差为暗环的直径。2. 用劈尖测量薄片的厚度（或细丝直径）（1） 将牛顿环器件换成劈尖器件， 重新进行方位和角度调整， 直至可见清楚的平行干涉条纹， 且条纹和搭接线平行； 干涉条纹和竖直叉丝平行。（2） 在劈尖中部条纹清楚处， 测出每隔10条暗纹的距离l， 测量5次。 （3） 测出两玻璃搭接线到薄片的有效距离L， 测量5次。* 注意， 测量时， 为了避免螺距的空程误差， 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能单方向旋转， 中途不能反转。数据统计和处理： 牛顿环第一次测量直径第二次测量直径劈尖干涉 短距离（l）劈尖干涉 全距离（L）