大学物理实验：光的干涉

4.11 光的干涉—－牛顿环 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。 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。 【实验目的】 1. 通过实验加深对等厚干涉的理解。 2. 学会使用读数显微镜并通过牛顿环测量透镜的曲率半径。 3. 学会使用读数显微镜测距。 4. 学会用图解法和逐差法处理数据。 【实验仪器】 读数显微镜，牛顿环仪，钠光灯 。 【实验原理】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4-11-1 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。 11 14图HFPLH如图4-11-2 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4-11-3 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4-11-2 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： 222)(rdRR 2222rdRdR 由于Ｒ >>ｄ ，可 以略 去 d2得 Rrd22 (4-11-1) •• 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 •• 22d (4-11-2) 产生暗环的条件是： ...