文档介绍：等厚干涉实验一牛顿环和劈尖干涉
要观察到光的干涉图象，如何获得相干光就成了重要的问题，利 用普通光源获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。由于这两部分光的相应部分实 际上都来自同一发光原子的同一次发光， 所以它们将满足相干条件而 成为相干光。获得相干光方法有两种。一种叫分波阵面法，另一种叫 分振幅法。
1实验目的
通过对等厚干涉图象观察和测量，加深对光的波动性的认识。
掌握读数显微镜的基本调节和测量操作。
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 丝微小直径的实验方法
学****用图解法和逐差法处理数据。
实验仪器
读数显微镜，牛顿环，钠光灯
实验原理
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
e
(b)
图9-1牛顿环装置和干涉图样
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，薄膜上表面反射光与下表面反 射光来自于同一入射光，满足相干条件。当入射光入射角不变，薄膜 厚度不同发生变化，那么不同厚度处可满足不同的干涉明暗条件， 出 现干涉明暗条纹，相同厚度处一定满足同样的干涉条件， 因此同一干 涉条纹下对应同样的薄膜厚度。这种干涉称为等厚干涉，相应干涉条 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与
平玻璃片平面之间的空气间隙，构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渐增加。如图 9-1 (a)所示。
当单色光垂直地照射于牛顿环装置时(如图9-1)，如果从反射光 的方向观察，就可以看到透镜与平板玻璃接触处有一个暗点， 周围环
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， 如图9-1 (b)所示.
在平凸透镜和平板玻璃之间有一层很薄的空气层， 通过透镜的单
色光一部分在透镜和空气层的交界面上反射， 一部分通过空气层在平
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路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通过空气层在平板玻 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。所以，在两相干光 相遇时的总光程差为：
2e — (9-1 )
2
当光程差满足
2e (2k 1) ,k 0,1,2,3, (9-2)
2 2
2e k
(9-3)
时，为暗条纹。
2e 2k ,k 01,2,3, (9-4)
2 2
即 2e k -
2 (9-5)
时，为明条纹。
由(9-3 )式，可见透镜与平板玻璃接触处 e=0,故为一个暗点， 由于空气膜的厚度从中心接触点到边缘逐渐增加， 这样交替地满足明
纹和暗纹条件，所有厚度相同的各点，处在同一同心圆环上，所以我 们可以看到一簇的明暗相间的圆环。
如图9-1(a)所示，由几何关系，可得第 k个圆环处空气层的 厚度a和圆环的半径rk的关系，即
r； R2 (R eQ2 2Rek £ ( 9-6)
2
2R
因为R>>e,所以可略去ek2,即
(9-7)
实验中测量通常用暗环，从(9-7)式和(9-3)式得到第K级暗环的 半径为
r： kR ,k 0,,2,3,
(9-8)
若已知单色光的波长入，通过实验测出第k个暗环半径rk，由(9-8) 式就可以计算出透镜的曲率半径 F。但由于玻璃的弹性形变，平凸透 镜和平板玻璃不可能很理想地只以一点接触， 这样就无法准确地确定 出第k个暗环的几何中心位置，所以第k个暗环半径"难以准确测得。 故比较准确地方法是测量第 k个暗环的直径D。在数据处理上可采 取如下两种方法：
图解法
测量出各对应K暗环的直径□，由式(9-8 )得
d2 (4R )k (9-9)
作dk2~k图线，为一直线，由图求出直线的斜率，已知入射光波长入， 可算出F。
逐差法
设第m条暗环和第n条暗环的直径各为Dm及□，贝卩由式(9-9) 可得
2 2
R Dm Dn / 9-10 )
4(m n)
可见只求出d2-D2及环数差m-n即可算出R不必确定环的级数及中
用劈尖干涉法测量金属丝的微小直径