光的干涉测量薄膜厚度.ppt

实验.测量1A薄膜厚度,一，实验目的：测量1A薄膜的厚度二，实验工具：迈克尔逊干涉仪，厚度未知折射率为n的透明薄膜三，实验原理：利用试验时两条光路的光程差和试验时条纹前后条纹移动数N条。最后利用公式：n(D-d)=N人,熟悉了解迈克尔逊干涉仪,主要内容：,了解迈克尔逊干涉仪结构及原理2.仪器的调节,1.迈克尔逊干涉仪光路及结构,单色光源,反射镜,反射镜,反射镜,反射镜,单色光源,光程差,反射镜,反射镜,单色光源,迈克尔逊干涉仪的主要特性,(1)两相干光束完全分开；(2)两光束的光程差可调.,移动反射镜,干涉条纹的移动,当M1与M2之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密；距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.,插入介质片光程差,光程差变化,光程差,介质片厚度,四，实验内容及步骤,1。使用前仪器的调节,（一）调整迈克尔逊干涉仪，观察非定域干涉、等倾干涉的条纹对照实物和讲义，熟悉仪器的结构和各旋钮的作用；点燃HeNe激光器，使激光大致垂直M1。这时在屏上出现两排小亮点，调节M1和M2背面的三个螺钉，使反射光和入射光基本重合（两排亮点中最亮的点重合且与入射光基本重合）。这时，M1和M2大致互相垂直，即M1、M2大致互相平行。,在光路上放入一扩束物镜组，它的作用是将一束激光汇聚成一个点光源，调节扩束物镜组的高低、左右位置使扩束后的激光完全照射在分光板G1上。这时在观察屏上就可以观察到干涉条纹（如完全没有，请重复上面步骤）再调节M1下面的两个微调螺丝使M1、M2更加平行，屏上就会出现非定域的同心圆条纹。,2.将薄膜放入光路进行实验,设厚度为e，折射率为n，把薄膜放到其中一条光路上，光经过薄膜，光程差改变2(n-1)e，再数出并记下实验前后干涉条纹移动条数k再利用公式：2(n-1)e=k进行计算记下实验结果数据处理,【注意事项】1、任何光学面不得用手摸，如需要用镜头纸轻轻擦拭。2、本实验的重点和难点是粗调即步骤，需反复调节M1和M2背面的三个螺钉，但必须均匀调节，否则会造成仪器的损坏。由于迈克尔逊干涉仪的测量精度较高，反方向转动微动手轮测量另一组数据时，一般需要转动20多圈方可消除“空回误差”，这时也可直接反方向转动粗动手轮达到消除“空回误差”的目的,迈克尔逊干涉仪的应用,微小位移测量,测折射率,测波长,可测量10-7m的微小位移,相关论文,迈克尔逊干涉仪实验论文袁同庆网络一班090602143摘要：物理实验课的开设对激发学生的求知欲,拓宽其知识面,培养其创新思维能力等方面都具有重要意义.本文以迈克耳逊干涉仪实验为例,讨论了怎么利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质的折射率和厚度还讨论了转动手轮时干涉条纹的吞吐以及干涉条纹的疏密的原因,而且还对能否用点光源做该实验以及把单色光换成白光来做此实验想看到干涉条纹所满足的条件做出了讨论。关键字:折射率,厚度,干涉条纹吞吐,点光源,白光干涉,这学期,我们做了光学部分以及近代物理相关的实验,下面就对迈克尔逊干涉仪这个实验做深入讨论.通过做这个实验,我熟悉了迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理,掌握了迈克尔逊干涉仪的调节方法,观察到了等倾干涉条纹,并且测量到了半导体激光的波长,还了解到了时间的相干,但深入思考,想到了一下几个问题:(1)怎么利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质的折射率，怎么用迈克尔逊干涉仪测量一个玻璃薄片的厚度。(2)转动手轮时干涉条纹吞吐以及干涉条纹的疏密的原因是什么,(3)迈克尔逊干涉仪实验能否用点光源为什么。(4)假如把单色光换成白光,想看到干涉条纹必须满足什么条件。从扩展光源S射来的光在G1处分成两部分,反射光经G1反射后向着M2前进,透射光透过G1向着M1前进,这两束光分别在M2,M1上反射后逆着各自的入射方向返回,最后都达到E处.因为这两束光是相干光,因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹.,由M1反射回来的光波在分光板G1的第二面上反射时,如同平面镜反射一样,使M1在M2附近形成M1的虚像M1,因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反射相当于自M2和M1的反射.由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的.当M2和M1平行时(此时M1和M2严格互相垂直),将观察到环形的等倾干涉条纹.一般情况下,M1和M2形成一空气劈尖,因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹).,(1)怎么利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质的折射率怎么用迈克尔逊干涉仪测量一个玻璃薄片的厚度现就假如已知某透明介质的厚度,要测该透明介质的折射率,我们可以通过以下步骤来实现:以钠光为光源调出等倾干涉条纹。移动M2镜,使视场中心的视见度最小,记录M2镜的位置;在反射镜前平行地放置玻璃薄片,继续移动M2镜,使视场中心的视见度又为最小,再记录M2镜位置,连续测出6个视见度最小时M2镜位置。用逐差法求光程差d的平均值,再除以该透明介质得厚度,就是折射率。,知道了用上面的方法来测折射率就很容易求得一个玻璃薄片的厚度,跟上面的第一跟第二个步骤是一样的,第三个步骤只需把除以介质的厚度改成折射率就可以求得该介质的厚度了.(2)转动手轮时干涉条纹吞吐以及干涉条纹的疏密的原因是什么1.在两光源非常近的时候(极限情况重合),两光源到轴外点的距离差异与两光源到平面中心点的距离差异近乎相同差值很小,意味着光程差在很大的角度内变化不大,条纹疏.2.当两个光源距离比较远时(比如说考虑成一个光源就在平面上,令一个光源与之有一定距离):两光源到轴外点的距离差异与两光源到平面中心点的距离差异相比较可知差别较大,意味着光程差在于第一种情况相同的角度区间中变化要大,条纹密。,上述第2种情况可轻松的看出:两光源到轴外点的距离差比到平面中心点的距离差有减小的趋势,因此可判断:内环为干涉高级次,外环为干涉低级次.判断吞吐环:光程差增大,意味着环心干涉将由低级次变为高级次.由上面的同心环级次排布可知,原来的低级次环必定外移,意味着中心是吐环.反之吞环.(3)迈克尔逊干涉仪实验能否用点光源为什么不能.理论上是用平行光,如果用点光源当然也必然会有干涉现象,但是不利于观察.当然如果点光源也能和太阳一样就没问题,一是要光够强,二是距离够远,达到干涉位置的时候能近似平行光.但是现实中是不可能有这种光源的,所以不可以用电光源来代替.,4)假如把单色光换成白光,想看到干涉条纹必须满足什么条件。如果用白光作为光源(因为白光是有好几种光组成的,单一的光受干涉波动比较小,多种光受的干涉比较大,就丰富了,之间的差别就更明显,参照性更强.如果单纯的一种光源,对比性不够强,很多内部的区别表现不够明显),无论是电光源还是面光源,要看到干涉条纹,必须满足光程差小于光源的相干长度的要求,即2dcosiL.对于具有连续光谱的白光,L极小,因而仅当d约等于0时,才能看到彩色的干涉条纹。,参考文献：1姚安居，吴庆州.普通实验.中国矿业大学出版社。2刘尚晋,普通物理实验武汉工业大学出版社。3林抒,普通物理实验高等教育出版社。,实验方法二,利用等厚干涉测量薄膜厚度实验目的：测量1A薄膜厚度实验工具：劈尖干涉仪，薄膜,相邻条纹所对应的厚度差：,小结：劈尖干涉条纹特点,1.条纹级次k随着劈尖的厚度而变化，因此这种干涉称为等厚干涉。条纹为一组平行于棱边的平行线。,2.空气劈尖由于存在半波损失，棱边上为零级暗纹。,(4)测薄膜厚度,实验步骤及内容1.将实验仪器平整放置2.将薄膜夹在劈尖一端3.用已知波长单色光竖直照射4.观察干涉图样并数出从劈尖一端到另一端明条纹数目k5.利用公式：计算出结果,劈尖干涉的应用1.检查光学元件平整度2.测量薄膜厚度3.小角度测量,参考文献：大部分来自上学期光学ppt，百度知道,