实验十八 等厚干涉现象的研究.doc

文档介绍：,加深对等厚干涉现象的认识。。实验器材读数显微镜,牛顿环仪,钠光灯。实验原理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。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18-1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时,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。如图18-2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18-3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18-2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:由于R>>d,可以略去d2得(18-1)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/2的附加光程差,所以总光程差为(18-2)产生暗环的条件是:=(2k+1)(18-3)其中k=0,1,2,3,...为干涉暗条纹的级数。综合(18-1)、(18-2)和(18-3)式可得第k级暗环的半径为:(18-4)由(18-4)式可知,如果单色光源的波长已知,测出第m级的暗环半径rm,即可得出平凸透镜的曲率半径R;反之,如果R已知,测出rm后,就可计算出入射单色光波的波长。但是用此测量关系式往往误差很大,原因在于凸面和平面不可能是理想的点接触;接触压力会引起局部形变,使接触处成为一个圆形平面,干涉环中心为一暗斑。或者空气间隙层中有了尘埃,附加了光程差,干涉环中心为一亮(或暗)斑,均无法确定环的几何中心。实际测量时,我们可以通过测量距中心较远的两个暗环的半径rm和rn的平方差来计算曲率半径R。因为rm2=mR,rn2=nR两式相减可得所以或(18-5)由上式可知,只要测出Dm与Dn(分别为第m与第n条暗环的直径)的值,就能算出R或。这样就可避免实验中条纹级数难于确定的困难,利用后一计算式还可克服确定条纹中心位置的困难。实验步骤(一)()()()()()(二),观察干涉现象。(1)放置好仪器,然后点燃钠光灯使灯管预热,调整牛顿环装置上的三颗螺钉,用肉眼观察,牛顿环刚好在装置的中心,并且是一系列的同心圆。(2)将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒正下方。(3)待钠光灯正常发光后,调节读数显微镜下底座平台高度(底座可升降),使45度玻璃片正对钠灯窗口,并且同高。(4)在目镜中观察从空气层反射回来的光,整个视场应较亮,颜色呈钠光的黄色,如果看不到光斑,可适当调节45度玻璃片的倾斜度及平台高度(一般实验室事先已调节好,不