文档介绍：测量显微镜————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 第四章光学实验本章安排的光学实验,实验中要用到多种光源和光学仪器,仪器的核心部分是各种光学元件,如平面镜、透镜、棱镜、光栅、狭缝等,其中每一元件都对光的传播产生一定的影响,从而形成不同用途的特定光路,最终成像于一定位置以便观测。由于实际上看不到光路,因而借助光路图来了解光学仪器的原理就具有十分重要意义,只有彻底弄懂光路和光路中各元件的作用,才能在调节仪器时头脑清楚、操作有序,以较短的时间达到预期目的。光学仪器大多精密贵重,每台仪器价值动辄千元、数千元,使用时要特别注意维护。尤其是光学元件的工作面,都是精密加工而成的光学面,其光学性能很高但是机械性能很差,所以严禁触摸、摔碰。有的仪器还具有精密的调节和读数机构,使用时一定要按规程进行。§【预习重点】。。。【实验目的】。。。【实验原理】利用透明薄膜两表面对入射光的依次反射,入射光的振幅波分解成有一定光程差(Opticalpathlengthdifference)的几个部分。这是一种获得相干光的重要途径,称为分振幅法,它被多种干涉仪所采用。若两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度,则同一干涉条纹上各点所对应的薄膜厚度相同,这就是等厚干涉(Interferenceofequalthickness)。在白光照射下,肥皂泡、油膜以及氧化的金属表面上的彩虹,都是薄膜上常见的等厚干涉现象。这种干涉条纹类似于地形图上的等高线,每一条纹就是膜上一切光学厚度(薄膜折射率n与厚度d的乘积nd)为常数的点的轨迹。一般情况下,n并不改变,所以条纹的位置实际上对应于薄膜厚度为常数的区域。本实验将根据等厚干涉条纹的分布分析薄膜的特性。一、,把两块光学平玻璃OB和OA迭在一起(图中略去了玻璃厚度),在一端插入欲测厚度的薄片,则在两玻璃板间形成一个劈形空气膜(Wedge-shapedairfilm),也称空气劈尖。当用单色平行光垂直照射时,任一条光线在空气劈尖上下两表面反射产生的两条光线是相干光,考虑到空气的折射率可看作是1,其光程差为()式中为入射点薄膜的厚度,λ为入射光的波长。当,=0,1,2,…()是相消干涉,呈暗条纹;当,=1,2,…()是相长干涉,呈明条纹。整个劈形空气膜上的干涉呈现一族与劈棱平行的间隔相等、明暗相间的直条纹,且相邻条纹之间的厚度差。()和()式表示的是最大相消、相长干涉的条件,对应于干涉条纹的最暗和最明。实际上条纹的明暗是逐渐过渡的,并无明显的界限,但由于人眼容易判定最暗,所以常观测暗条纹来进行有关的测量。把()式和()式联立,解得与k级暗条纹对应的空气膜厚度为()设劈尖上由劈棱到被测厚度之间暗条总数为N,则被测厚度()若入射光波长λ已知,则数出N即可求得d。二、用牛顿环测平凸透镜的曲率半径设被测平凸透镜的凸面曲率半径是R,把它的凸面与一光学平玻璃迭在一起,(a),则二者之间就形成一空气薄膜,中间接触点厚度为向边缘逐渐变厚。当波长为λ的单色光垂直射入时,干涉图样是以接触点为中心的同心园环,明暗相间,中心条纹宽而疏、边缘条纹细而密,称为牛顿环(Newton′sring),(b),牛顿环也是等厚干涉条纹,表示劈形空气膜光程差的()式仍然适用。(a)可知。化简得由于空气膜的厚度远小于透镜的曲率半径,即<<R,可略去,得()()式代入()式,得与相消干涉的条件联立,可解得=0,1,2,…()式中为第级暗环的半径,λ已知,测出就可由()式求得。理论上,透镜凸面和平板玻璃只有一点接触,但由于接触压力引起的形变,接触处实际上为一圆面;再者,若有微小尘粒,又能使两玻璃面相离一定距离而没有接触点,这两种情况都引入附加的光程差,给测量结果带来系统误差。设附加厚度为±a,则由相消干涉的条件得将()式代入得即系数误差相当于()式右端增加了一常数项。此误差可用下述方法消除。取第、级暗条纹,相应的暗环半径为两式相减,即可消去附加项,得在实验中,由于不易确定暗环中心,因而不便测暗环的半径,所以用易测量的直径取代得()三、等厚条