光的等厚干涉.pps

文档介绍：大学物理实验
杭州电子科技大学物理实验中心
光的等厚干涉
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前言
实验目的
实验原理
实验仪器
实验内容
注意事项
问题与讨论
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前言
牛顿环是牛顿在1675年制作天文望远镜时,偶然将一个望远镜的物镜放在平板玻璃上发现的。牛顿环是一种典型的等厚干涉,是分振幅法产生的定域干涉。利用它检验一些光学元件的球面度、平面度、光洁度缺陷以及机械零件的内应力分布等,在科学研究、工业生产检测技术中具有广泛的用途。
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实验目的
1、加深对光的等厚干涉原理的理解。
2、观察和研究等厚干涉现象及其特点。
3、练****用干涉法测量透镜的曲率半径、
微小直径(或厚度)。
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实验原理
利用透明薄膜上下两表面对入射光的依次反射,入射光的振幅将被分解成有一定光程差的几个部分。若两束反射光相遇时的光程差取决于产生反射光的透明薄膜厚度,则同一干涉条纹所对应的薄膜厚度相同,这就是等厚干涉。牛顿环和劈尖干涉都是典型的等厚干涉。
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将一块平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃上,因而在它们之间形成以接触点O为中心向四周逐渐增厚的空气薄膜,离O点等距离处厚度相同。如图1(a)所示。当光垂直入射时,其中有一部分光线在空气膜的上表面反射,一部分在空气膜的下表面反射,因此产生两束具有一定光程差的相干光,当它们相遇后就产生干涉现象。由于空气膜厚度相等处是以接触点为圆心的同心圆,即以接触点为圆心的同一圆周上各点的光程差相等,故干涉条纹是一系列以接触点为圆心的明暗相间的同心圆,如图1(b)所示。这种干涉现象称为牛顿环。
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由光路分析可知?与k级条纹对应的两束相干光的光程差为
(1)
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由图1可知
简化上式,并由于e ≪ R,略去二级小量e2得
(2)
将(2)式代入(1)式得
(3)
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由干涉条件可知,当干涉条纹是暗条纹时
于是得
(4)
由(4)式可知,若入射光波长已知,测出各级暗环的半径,则可算出曲率半径R。
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但实际观察牛顿环时发现,牛顿环的中心不是理想的一个接触点,而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜与平玻璃板接触处,由于接触压力引起形变,使接触处为一圆面;又因镜面上可能有尘埃存在,从而引起附加的光程差。因此难以准确判定级数k和测出其半径r。我们改用两个暗环的半径rm和rn的平方差来计算R,由(4)式可得:
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