等厚干涉测量与读数显微镜的使用
等厚干涉测量与读数显微镜的使用
等厚干涉测量是现代光学测量中常用的一种方法，它利用光的干涉原理，通过测量光程差的变化来获得被测物体表面形貌的信息。等厚干涉测量法是在被测物体表面附近形成一组不同干涉条纹，并通过对这些条纹的分析和处理，可以得到被测物体表面形貌的精确信息。
等厚干涉测量的原理和操作
等厚干涉测量的原理是：被测物表面上所有点的高度差会使光程差发生变化，因此在被测物表面附近形成干涉带。这些干涉带是由反射在被测物体表面与照射物体之间的光形成的。因此，被测物体表面某点的高度差越大，该点附近的干涉带纹路就越密集，相邻的黑白条纹数量就会增加。
等厚干涉测量的操作过程是：首先将一束单色光通过一个分束器，使其分成两束。这两束光相互独立地照射在被测物体表面上，然后从被测物体表面反射回来，再次通过分束器交叉，最后落在检测器上。当被测物体表面的高度差发生变化时，反射回来的光会形成干涉条纹。通过对干涉条纹进行观察和分析，可以确定被测物体表面的形状和高度差。
读数显微镜是一种用于精确读取物体尺寸、直径和间距等微小尺度的设备，用于物体的精确定位和测量。一般通过望远镜的视野来显示被测物体，通过显微镜滑动精确读取被测量物的尺寸，从而获得更加精确的测量结果。
对于读数显微镜使用的技巧和注意事项如下：
1. 在使用读数显微镜之前，需要确保刻度盘与毫米尺的一致性，以获取更精确的测量结果。
2. 在使用读数显微镜时，需要事先对设备进行校准，精确确保读数显微镜的放大倍数和井口倾角，以确保获得正确的测量结果。
3. 在使用读数显微镜时，要保持手稳定，以减少误差和不精确的测量结果。
4. 在读取测量结果时，要确保准确的“0”点位置，以避免偏差和误判。
5. 在使用过程中，需经常清洁读数显微镜盘，并避免使用不当的清洁用品造成对设备的损伤。
总之，等厚干涉测量和读数显微镜的使用技巧和操作注意事项非常重要。只有在正确的操作和使用时才能保证获得准确和精确的测试数据。
光的等厚干涉
5.2 光的等厚干涉 光的等厚干涉（牛顿环、劈尖）简介 Interference of Equal Thickness of Light （Newton ’s Ring and Wedge ） 在光学发展史上，光的等厚干涉实验证实了光的波动性。牛顿环干涉现象是一种典型的等厚干涉，是分振幅法产生的定域干涉，利用它可检验一些光学元件的球面度、平整度、光洁度等；利用劈尖可以测量细丝的直径等。 实验目的 １．观察牛顿环产生的干涉现象，加深对光的等厚干涉的理解； ２．用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径； ３．用劈尖干涉法测量细丝直径或微小厚度； ４．学习读数显微镜的使用方法。 仪器用具 牛顿环装置、读数显微镜、劈尖、钠光灯（589.3λ=nm ）等。 实验原理 1．用牛顿环测量透镜曲率半径 如图 5.２-２所示,当垂直入射的单 色平行光透过平凸透镜后，其中一部分光线在空气层的上表面反射，成为光线１，另一部分在空气层的下表面反射，成为光线２，因为这两条光线是同一条入射光线分出来的，它们是具有一定光程差的相干光。这两束反射光束，它们在平凸透镜的凸面附近相遇，产生干涉。实际上由于平凸透镜的曲率半径很大，反射光线１和２都几乎重合。所以，这两束相干光的光程差为： 22 k ne λ δ=+ 其中，λ为单色光的波长， 2 λ 是光在空气层下表面反射时产生的半波损失，k e 为该处空气层的厚度，n 为空气折射率，近似为1，故有 22 k e λ δ=+
形成明纹的条件： 222 2 k e k λ λ + =，1,2,3...k = （5.2-1） 形成暗环的条件是： 2(21) 2 2 k e k λ λ + =+，0,1,2,...k = （5.2-2） 由图5.2-2中的几何关系可知 222222()2Re k k k k R R e r R e r =-+=-++ 式中，R 是透镜凸面的曲率半径。因k e R <<，式中2 k e 项可以略去，故得 22Re k k r = （5.2-3） 明环半径 k r = ，1,2,3...k = （5.2-4 ） 暗环半径 k r =0,1,2,...k = （5.2-5） 由公式（5.2-5）可知，若入射光波长λ已知，测出各级暗环的半径k r ，则可算出曲率 半径R 。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。其原因是透镜与玻璃板接触处，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面。接触点处可能会有尘埃存在，从而引起附加的光程差。因此难以准确判定干涉级次k 和环的中心。在实际测量中，将公式（5.2-5）变成 224() m n D D R m n λ-= - （5.2-5） 式中m D 、n D 分别是第m 、n 级暗环的直径。从（5.2-5）式中可知，只要数出所测各环的环数差m n -，而无须确定各环的级数。而且可以证明，直径的平方差等于弦的平方差，这样就可以不必确定圆环的中心，从而解决了圆环中心确定不准的问题。 ２．劈尖干涉法测量细丝直径 劈尖干涉装置如图5.2-3（a ）所示。将两块光学平板玻璃迭在一起，在一端放入一薄 2 λ(b)图5.2-3劈尖干涉条纹
实验十八 光的等厚干涉实验
实验九光的等厚干涉——牛顿环 等厚干涉是薄膜干涉的一种。当薄膜层的上下表面有一很小的倾角时，从光源发出的光经上下表面反射后在上表面附近相遇时产生干涉，并且厚度相同的地方形成同一干涉条纹，这种干涉就叫等厚干涉。其中牛顿环是等厚干涉的一个最典型的例子，最早为牛顿所发现，但由于他主张的微粒学说而未能对它做出正确的解释。光的等厚干涉原理在生产实践中具有广泛的应用，它可用于检测透镜的曲率，测量光波波长，精确地测量微小长度、厚度和角度，检验物体表面的光洁度、平整度等。 【实验目的】 1.观察光的等厚干涉现象，了解等厚干涉的特点。 2.学习用干涉方法测量平凸透镜的曲率半径。 3. 掌握读数显微镜的使用方法。 4.学习用逐差法处理数据。 【实验原理】 牛顿环是由一块曲率半径较大的平凸玻璃，以其凸面放在一块光学平板玻璃上构成的，这样平凸玻璃的凸面和平板玻璃的上表面之间形成了一个空气薄层，其厚度由中心到边缘逐渐增加，当平行单色光垂直照射到牛顿环上，经空气薄膜层上、下表面反射的光在凸面处相遇将产生干涉。其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的同心圆环(如图9-2所示)。这一现象是牛顿发现的，故称这些环纹为牛顿环。 如图9-1所示，设平凸玻璃面的曲率半径为R，与接触点O相距为r处的空气薄层厚度为e，那么由几何关系： R2 = (R-e)2 + r2 = R2– 2Re + e2 + r2 因R》e，所以e2项可以被忽略，有 R r e 2 2 =(9-1) 现在考虑垂直入射到r处的一束光，它经薄膜层上下表面反射后在凸面处相遇时其光程差 δ = 2e + λ/2 其中λ/2 为光从平板玻璃表面反射时的半波损失，把(9-1)式代入得： 图9-1 产生牛顿环的光路示意图图9-2 牛顿环
等厚干涉及其应用
等厚干涉及其应用 一、实验目的 1.观察等厚干涉现象，加深对光的波动性的认识； 2.学会用关涉法测定平凸透镜的曲率半径和微小直径（或厚度）。 二、仪器用具 牛顿环仪；劈尖（或两块光学平面镜玻璃板）；钠光灯（共用）；细丝或薄片；读数显微镜。 三、实验原理 利用透明薄膜上下两表面对入射光的依次反射，入射光的振幅将分解成具有一定光程差的几个部分，这是利用分振幅获得相干光的一种重要方法，它为多种光的干涉仪所采用。若两束反射光在相遇时的光程差取决于该薄膜的厚度，则同一干涉条纹所对应的薄膜厚度相同，故称等厚干涉。 1.牛顿环 如图1所示的牛顿环仪。它是由一块曲率 半径R 较大的平凸透镜，其凸面向下，与一块平面 玻璃接触在一起而组成的器件。平凸透镜的凸面与 平面玻璃片之间形成一个劈尖形空气层，该空气层 的厚度从中心接触点到边缘是由零逐渐增大，而且 两表面的夹角也随之增大。在以接触点为中心的同 一个圆周上，空气层的厚度相同。当一束单色光垂 直入射到牛顿环仪上时。这束光经空气层上下二表 面反射所成的二束相干光之间产生一定的光程差， 它们在平凸透镜的凸面相遇而产生等厚干涉。当我 们用显微镜来观察时，便可以清楚地看到中心是一 暗圆斑，周围是许多明暗相间的同心圆环，而且圆 环的间距由内向外逐渐由疏变密，如图2所示。 此干涉图样称为牛顿环。设垂直照射在牛顿环仪上的平行单色光中任一 光束MA （如图1），从A 投射到B 面时被反射 了一部分，另一部分则透过B 面穿过空气层投射到 C 面上。在C 面又被部分地反射回来。从B 面和C 面反射回来的二光束之间有一光程差2BC 。又由 于光束从光疏媒质到光密媒质界面C 存在半波损失（即λ/2）。所以这两束光的总光程差为 2/2λδ+=BC （1） 经几何推导，得： 2 2λδ+=R r （2） 根据光的干涉条件，当光程差为波长的整数倍时，两束光相干形成明纹；若光程差为半波长的奇数倍时，两束光相干而形成暗纹。明暗相间形成了如上所说的牛顿环（如图2所示）。 若考虑到干涉条纹中的暗环条件，则由式（2）得
等厚干涉实验1
等厚干涉实验 【实验目的】 1．观察等厚干涉现象及其特点。 2．用牛顿环测平凸透镜的曲率半径。 3.用劈尖干涉测量微小厚度。 4．学会使用读数显微镜。 【实验仪器】 读数显微镜、牛顿环、劈尖、钠光灯 【实验原理】 1. 牛顿环 牛顿环属于分振幅等厚干涉现象。干涉现象在科学研究和工业技术中有着广泛的应用，如测量光波波长、精确测量微小物体的长度、厚度和角度，检查光学元件、精密机械表面的光洁度、平整度，研究机械零件内应力分布以及测量半导体器件上镀膜厚度等。 在一块平玻璃片B上，放一曲率半径R很大的平凸透镜A，在A、B间形成一从中间向四周渐渐加厚的空气薄膜，以接触点O为中心的圆周上空气膜的厚度相等。当单色平行光束垂直地射向平凸透镜时，在空气膜的上下表面(平凸透镜的下表面和平面玻璃的上表面)所反射的两束光因存在一定的光程差而相互干涉。从透镜上侧俯视，干涉图样是以两玻璃接触点O为圆心的一系列明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。它是等厚干涉图样，空气膜厚度相同的点都处于同一条纹上。 图1 实验光路图及牛顿环
设第k 级环的环半径为k r ，该处空气膜厚度为e ，波长为λ，显然有下列干涉条件成立： λλ k e =+2 2 (k =1，2，3，…) 明环 (1) 2 ) 12(2 2λ λ +=+ k e (k ＝0，1，2，…) 暗环 (2) 式中的2λ 是由于从空气膜的下表面反射的反射光有半波损失。中心处0=e ，形成中央 暗斑。从图1（b ）中的三角形得 22222)(e Re e R R r k -=--= 因e R >>，所以22e Re >>，可以把上式中2 e 略去，于是 R r e k 22 = (3) 上式说明e 与2k r 成正比，所以离开中心愈远光程差增加愈快，牛顿环也变得愈来愈密。 把(3)代入(2)，求得暗环半径为： λkR r k = (4) 如果测量第k 级暗环的半径，必须确定环心的位置，也就是牛顿环中央暗斑的中心位置，实验中这一位置不易确定，于是第k 级暗环的半径不易测准，为此，把(4)变成牛顿环直经k D 表达式： λkR r D k k 22== λkR r D k k 4422 == 对m 级和n 级暗环有 λmR D m 42= λnR D n 42= 二式相减，得： λ )(42 2n m D D R n m --= (5) 由(5)式通过测量暗环直径计算出平凸透镜的曲率半径R ，可克服测量暗环半径环心不容易确定的困难。 2. 读数显微镜 读数显微镜是用于精确测量直线长度的光学仪器。一般的显微镜只有放大物体的作用，不能测量物体的大小。如果在显微镜上装上十字叉丝，并把镜筒固定在一个可以左右或上下移动的托板上，而托板移动的距离由螺旋测微器读出来，则这样改装的显微镜称为读数显微镜。 JXD-Bb 型读数显微镜的结构和调整方法 ① 使用时，将待测物体用压板15固定在工作台面16上，通过大手柄10和小手柄12调节镜管20部分的升降及水平位置，使物镜18对准物体的待测部分。将大手柄和小手柄锁紧。 ② 转动棱镜盒4至便于观察的位置，并用锁紧螺钉5固定。
等厚干涉的应用
实验七 等厚干涉的应用 光的干涉是重要的光学现象之一，它为光的波动性提供了重要的实验证据。光的干涉现象广泛地应用于科学研究、工业生产和检测技术中，如用作测量光波波长，精确地测量微小物体的长度、厚度和角度，检测加工工件表面的光洁度和平整度及机械零件的内应力分布等。 本实验主要研究牛顿环和劈尖两个典型的光的等厚干涉现象。 [实验目的] 1．观察光的等厚干涉现象，熟悉光的等厚干涉的特点。 2．用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径。 3．用劈尖干涉法测定细丝直径或微小厚度。 [实验仪器] 牛顿环仪，移测显微镜、钠灯、劈尖等。 牛顿环仪是由待测平凸透镜（凸面曲率半径为200~700cm ）L 和磨光的平玻璃板P 叠合装在金属框架F 中构成（图1）。框架边上有三个螺旋H ，用以调节L 和P 之间的接触，以改变干涉环纹的形状和位置。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。 实验装置如图2，图中所示移测显微镜部分内容请参阅实验一读数显微镜的使用方法，调整时应注意： 1．调节45o玻璃片，使显微镜视场中亮度最大。这时，基本上满足入射光垂直于透镜的要求。 2．因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。 3．调焦时，显微镜应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止。 [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。牛 顿环和劈尖干涉都是典型的等厚干涉。 图 2 图-1
光的等厚干涉实验
光的等厚干涉实验 实验目的与要求： 1.观察牛顿环现象及其特点，加深对等厚干涉现象的认识和理解。 2.学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。 3.掌握读数显微镜的使用方法。 实验原理和内容： 1.牛顿环 牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成，结构如图所示。 当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时，由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜，经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差，它们在平凸透镜的凸面（底面）相遇后将发生干涉，干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆，称为牛顿环（如图所示。由牛顿最早发现）。由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等，故称为等厚干涉。牛顿环实验装置的光路图如下图所示：
设射入单色光的波长为λ，在距接触点r k 处将产生第k 级牛顿环，此处对应的空气膜厚度为d k ，则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为 2 2λ δ+ =k k nd 式中， n 为空气的折射率（一般取1）， λ/2是光从光疏介质（空气）射到光密介质（玻璃）的交界面上反射时产生的半波损失。 根据干涉条件，当光程差为波长的整数倍时干涉相长，反之为半波长奇数倍时干涉相消，故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况： 2 ) 12(2 22 2λ λ λ δ+= + =k k d k k 由上页图可得干涉环半径r k ，膜的厚度d k 与平凸透镜的曲率半径R 之间的关系 222)(k k r d R R +-=。由于dk 远小于R ，故可以将其平方项忽略而得到2 2k k r Rd =。结合以上的 两种情况公式，得到： λkR Rd r k k ==22 ，暗环...,2,1,0=k 由以上公式课件， r k 与d k 成二次幂的关系，故牛顿环之间并不是等距的，且为了避免背光因素干扰，一般选取暗环作为观测对象。 而在实际中由于压力形变等原因，凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面；另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑，这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。而使用差值法消去附加的光程差，用测量暗环的直径来代替半径，都可以减少以上类型的误差出现。由上可得： λ )(422n m D D R n m --= 式中， D m 、D n 分别是第m 级与第n 级的暗环直径，由上式即可计算出曲率半径R 。由于式中使用环数差m-n 代替了级数k ，避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。 凸透镜的曲率半径也可以由作图法得出。测得多组不同的D m 和m ，根据公式m R D m λ42=， 可知只要作图求出斜率λR 4，代入已知的单色光波长，即可求出凸透镜的曲率半径R 。 2. 劈尖 将两块光学平玻璃叠合在一起，并在其另一端插入待测的薄片或细丝（尽可能使其与玻璃的搭接线平行），则在两块玻璃之间形成以空气劈尖，如下图所示： K=1,2,3,…., 明环 K=0,1,2,…., 暗环
等厚干涉测量与读数显微镜的使用
等厚干涉测量与读数显微镜的使用 等厚干涉测量是现代光学测量中常用的一种方法，它利用光的干涉原理，通过测量光程差的变化来获得被测物体表面形貌的信息。等厚干涉测量法是在被测物体表面附近形成一组不同干涉条纹，并通过对这些条纹的分析和处理，可以得到被测物体表面形貌的精确信息。 等厚干涉测量的原理和操作 等厚干涉测量的原理是：被测物表面上所有点的高度差会使光程差发生变化，因此在被测物表面附近形成干涉带。这些干涉带是由反射在被测物体表面与照射物体之间的光形成的。因此，被测物体表面某点的高度差越大，该点附近的干涉带纹路就越密集，相邻的黑白条纹数量就会增加。 等厚干涉测量的操作过程是：首先将一束单色光通过一个分束器，使其分成两束。这两束光相互独立地照射在被测物体表面上，然后从被测物体表面反射回来，再次通过分束器交叉，最后落在检测器上。当被测物体表面的高度差发生变化时，反射回来的光会形成干涉条纹。通过对干涉条纹进行观察和分析，可以确定被测物体表面的形状和高度差。 读数显微镜是一种用于精确读取物体尺寸、直径和间距等微小尺度的设备，用于物体的精确定位和测量。一般通过望远镜的视野来显示被测物体，通过显微镜滑动精确读取被测量物的尺寸，从而获得更加精确的测量结果。 对于读数显微镜使用的技巧和注意事项如下： 1. 在使用读数显微镜之前，需要确保刻度盘与毫米尺的一致性，以获取更精确的测量结果。 2. 在使用读数显微镜时，需要事先对设备进行校准，精确确保读数显微镜的放大倍数和井口倾角，以确保获得正确的测量结果。 3. 在使用读数显微镜时，要保持手稳定，以减少误差和不精确的测量结果。 4. 在读取测量结果时，要确保准确的“0”点位置，以避免偏差和误判。 5. 在使用过程中，需经常清洁读数显微镜盘，并避免使用不当的清洁用品造成对设备的损伤。 总之，等厚干涉测量和读数显微镜的使用技巧和操作注意事项非常重要。只有在正确的操作和使用时才能保证获得准确和精确的测试数据。
等厚干涉及其应用
等厚干涉及其应用----------牛顿环、劈尖 [播放视频] 一、 一、 概念理解 利用透明薄膜上下表面对入射光的依次反射，入射光的振幅将分解成有一定光程差的几部分。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，则同一干涉条纹所对应的薄膜厚度相同。这就是所谓的等厚干涉。 二、 二、 厚干涉的应用 1、牛顿环：牛顿为了研究薄膜颜色，曾经用凸透镜放在平面玻璃上的方法做实验。他仔细观察了白光在空气薄层上干涉时所产生的彩色条纹，从而首次认识了颜色和空气层厚度之间的关系。1675年，他在给皇家学会的论文里记述了这个被后人称为牛顿环的实验，但是牛顿在用光是微粒流的理论解释牛顿环时却遇到困难。19世纪初，托马斯.杨用光的干涉原理解释了牛顿环。 2、劈尖：取两片结净的显微镜载波片叠在一起，两片的一端捏紧，另一端夹入一薄片，这样就构成一个劈形空气薄膜，由于这是距两玻片交棱等距离处的空气层厚度时相等的，所以显示出来的干涉条纹时平行与棱得直条纹。 在光学仪器厂，常用标准面与待侧面之间产生的干涉条纹检查加工平面度。 三、 三、 理论知识 光程：折射率与路程的乘积，nr =? 分振幅干涉：波面的个不同部分作为发射次波的光源，次波本身分成两部分，做不同的光程，重新叠加并发生干涉。 等厚干涉公式推导：（如图所示） 次波分成两部分，一部分直接反射从A 点经过透镜到达S ，另一部分透射到B 点，再反射 到 C 点经过透镜待到达S 。 两部分光的程差为： ()()212λδ+ '-+=C A n BC AB n 因薄膜很薄，两平面的夹角很小，AB 和BC 近似的相等 BC i h AB == 2cos
大学物理实验--等厚干涉
实验名称：等厚干涉 一.实验目的： 1. 理解牛顿环和劈尖干涉条纹的成因与等候干涉的含义： 2. 学会用等候干涉法测量薄膜厚度和透镜曲率半径，并熟练运用逐差法处理实验数据 3. 学习正确使用读数显微镜的方法。 二. 实验仪器 测量显微镜、牛顿环、钠光灯、劈尖装置和待测细丝。 三．实验原理 当一束单色光入射到透明薄膜上时，通过薄膜上下表面依次反射而产生两束相干光。如果这两束反射光相遇时的光程差仅取决于薄膜厚度，则同一级干涉条纹对应的薄膜厚度相等，这就是所谓的等厚干涉。 本实验研究牛顿环和劈尖所产生的等厚干涉。 1. 等厚干涉 如图3-17-1所示，玻璃板A 和玻璃板B 二者叠放起来，中间加有一层空气（即形成了空气劈尖）。设光线1垂直入射到厚度为d 的空气薄膜上。入射光线在A 板下表面和B 板上表面分别产生反射光线2和2′，二者在A 板上方相遇，由于两束光线都是由光线1分出来的（分振幅法），故频率相同、相位差恒定（与该处空气厚度d 有关）、振动方向相同，因而会产生干涉。我们现在考虑光线2和2′的光程差与空气薄膜厚度的关系。显然光线2′比光线2多传播了一段距离2d 。此外，由于反射光线2′是由光密媒质（玻璃）向光疏媒质（空气）反射，会产生半波损失。故总的光程差还应加上半个波长2/λ，即2/2λ+=?d 。 根据干涉条件，当光程差为波长的整数倍时相互加强，出现亮纹；为半波长的奇数倍时互相减弱，出现暗纹。 因此有： =+=?22λ d ?????? +?2)12(22λλK K 出现暗纹，，，出现亮纹 210,3,2,1==K K 光程差?取决于产生反射光的薄膜厚度。同一条干涉条纹所对应的空气厚度相同，故 称为等厚干涉。 2. 牛顿环 当一块曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃上，在透镜的凸面和平板玻璃间形成一个上表面是球面，下表面是平面的空气薄层，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。离接触点等距离的地方，厚度相同，等厚膜的轨迹是以接触点为中心的圆。
等厚干涉
实验十二 等厚干涉——牛顿环、劈尖 牛顿环与劈尖干涉都是由振幅分割法产生的等厚干涉。牛顿环在检验光学元件的球面度、材料的平整度、测量透镜的曲率半径等方面有着重要的应用，劈尖干涉常用于测定细丝直径及薄片的厚度，也可以用来检验光学元件表面的光洁度和平整度。 【实验目的】 一、观察牛顿环和劈尖产生的等厚干涉条纹并认识其特性； 二、学习用干涉法测量透镜的曲率半径和薄片厚度（或微小直径）； 三、掌握使用读数显微镜的正确方法。 【实验原理】 图12.1 牛顿杯 一、牛顿环 一块曲率半径较大的平凸透镜的凸面置于一光学玻璃板上，在透镜凸面和平玻璃板间就形成从中心向周边逐渐增厚的空气薄膜。当以平行单色光垂直入射时，入射光将在空气膜下缘面与上缘面反射的光，在空气膜上缘面附近相遇而干涉，出现以接触点为中心的一系列明暗交替的同心圆环，即牛顿环。如图所示， 由图12.1(b)可知 R 2 = r 2+（R – e ） 2 其中R 为透镜的曲率半径，与接触点相距r 处的空气薄膜厚度为e ， 化简后得到 r 2 = 2eR - e 2 由于空气薄膜厚度远小于透镜的曲率半径，即e 《R ，则可略去二级小量e 2 。于是得 e = r 2 /2R （12.1） 由光路分析可知，与第k 级条纹对应的两束相干光的光程差为 2 2λ δ+ =k e （12.2） e k 为第k 级条纹对应的空气膜的厚度。 将（12.1）代入（12.2），得 2 2 λ δ+=R r k
由干涉条件可知，暗纹的条件是2 )12(22λ λδ+=+= k R r ，于是得 λkR r k =2 （k = 0，1，2…） （12.3） 观察牛顿环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的，不完全规则的暗 的或者亮的圆斑。其原因是透镜和平玻璃板接触时，由接触压力引起明显的表面形变，使接触处为一圆面，故其附近圆环的直径不能按式（12.3）计算；再则，镜面上可能有微小灰尘，“接触点”实际上有间隙，从而引起附加的光程差，这时也就不能确定某环的级数k 。这些都会给测量带来较大的系统误差。 根据（12.3）式，可得λmR r m =2 ， λnR r n =2 两式相减，得λR n m r r n m )(22-=-，因m 、n 有着不确定性，利用n m -这一相对性测 量恰好消除了有绝对测量的不确定性带来的误差。 又因暗环圆心不易确定，故取暗环的直径来替换半径，得 λR n m D D n m )(42 2-=- 因而，透镜的曲率半径R 为 ()λ --=n m 4D D R 2n 2m （12.4） 由至于测出的是近中心的干涉环的弦长而非真正的直径，这对实验结果并没有影响，从几何学上可以证明：任意两干涉环的直径的平方差等于它们的弦长的平方差。 二、劈尖干涉 将两块光学平玻璃板迭在一起，一端插入一薄片（或细丝等），则在两玻璃板间形成一空气劈尖。当用单色光垂直照射时，和牛顿环一样，在劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉，产生平行于两块玻璃面交线的等距干涉条纹。 两束反射光的光程差为 2 2λ δ+=k e 形成暗条纹的条件为 () 2 122 2λ λ δ+=+=k e k （k=0，1，2……） 与k 级暗条纹对应的薄膜厚度为 2 k e k λ = （12.5） 利用此式，可知相邻暗（或亮）条纹的空气薄膜厚度差为λ/2，相隔N 级暗（或亮）条纹的空气薄膜厚度 差为N λ/2。 图12.2 劈尖干涉
等厚干涉及其应用
等厚干涉及其应用 等厚干涉是用分振幅的方法获得相干光的，其特点是同一干涉条纹上各点对应的空气层厚度相等。利用这一特点，可以测凸透镜的曲率半径；测光的波长；判断表面是否平整；测量微小厚度、角度等。可见，光的干涉现象在科学研究和工程技术中都有着较广泛的应用。 [实验目的] （1）观察等厚干涉的现象和特点。 （2）利用等厚干涉现象测凸透镜的曲率半径和微小厚度。 （3）学会使用读数显微镜。 [实验仪器] 读数显微镜、牛顿环仪、光学玻璃片、钠光灯、待测薄片。 [实验原理] 一、牛顿环 将一个曲率半径为R 的平凸透镜的凸面放在光学平板玻璃上，在两者之间就形成一层空气薄膜，薄膜厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。用单色光垂直照射时，入射光将在空气薄膜的上下两表面上依次反射，成为具有一定光程差的两束相干光。由等厚干涉的特点可知，所有薄膜厚度相等的点其光程差相等且处在同一干涉条纹上，它的干涉图样是以接触点为中心的一簇明暗相间的同心圆环——牛顿环，其光路如图32-1所示。 由光路分析可知，与第k 级条纹对应的两束相干光的光程差为 2 2λ δ+ =K K e （32—1） 式（32-1）中的 2 λ 是由于半波损失引起的。由图32-1所示的几何关系 可知R 2=r 2+(R －e)2化简后得到：r 2=2eR －e 2 一般空气薄膜厚度e 远小于透镜的曲率半径R ，即e ＜＜ R,略去二级小量e 2，有 R r e 22 = （32—2） 将（32-2）式代入（32-1）式，得 2 2λ δ+=R r （32—1′） 由光的干涉条件可知，当2 )12(λ δ+=k 时，干涉条纹为暗纹。若将k 级暗纹对应的半 径用r k 表示，联立（32-1′)式，得到 2,1,0,2==k kR r k λ （32—3）
等厚干涉原理与应用实验报告doc
等厚干涉原理与应用实验报告 篇一：等厚干涉实验—牛顿环和劈尖干涉 等厚干涉实验—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 （1）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。（2）掌握读数显微镜的基本调节和测量操作。 （3）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（4）学习用图解法和逐差法处理数据。 2．实验仪器 读数显微镜，牛顿环，钠光灯 3．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 R r e (a)(b) 图9-1 牛顿环装置和干涉图样 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
大学物理实验报告实验15光的等厚干涉与应用
大学物理实验报告实验15 光的等厚干涉与应用 1 1）观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理 2）学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径 3）掌握读数显微镜的使用方法 4）掌握逐差法处理数据的方法 2 读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置 ,,,aabbaa如图所示，在平面与平面之间存在一个空气气隙。当入射光投射到平面上时， ,,,aabbaa部分光被反射后朝1方向传播，部分透过平面投射到平面上被反射后再透过平面 ,,2,e，,22朝2方向传播，两光线叠加互相干涉，叠加处两束光的光程差近似为，式中为 光由光疏介质反射到光密介质表面时产生的附加光程差，也称半波损失。 ,,产生暗纹的条件为： ,,2e，,(2K，1),K,1,2,3,？,n(整数）22 ,产生明纹的条件为： ,,2e，,K,,K,1,2,3,？,n(整数）2 厚度相等的地方光程差相等，所以称此种干涉为等厚干涉。 3.2 牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气薄 2r
e,层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r，凸透镜曲率半径R的关系为：2R 根据干涉相消条件易得第K级暗纹 的半径与波长λ及牛顿环装置中平凸透 镜的凸面曲率半径R存在下述关系： 22rdKK ,,RK,4K, 2d根据K与K成正比的性质采取逐差法 22处理实验数据d,d,4,R(m,n) mn 4 1) 打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物台 上, 调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图20-1（a）。 2) 调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表面， 然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。 3) 转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝的交 点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。
第三章基础性及提高性试验实验十六等厚干涉及应用
第三章 基础性及提高性试验 实验十六 等厚干涉及应用 成绩： 实验目的： 实验仪器： 预习思考题： 1. 光干涉产生条件? 2. 等厚干涉定义是什么？劈尖等厚干涉与牛顿环等厚干涉的条纹有何不同？ 3. 牛顿环干涉条纹形成在哪个面上（即定域在何处）？ 4. 写出用牛顿环测量曲率半径的计算公式，本实验为什么不采用λ k r R k 2=作为透镜曲率半径的测量公式？ 5. 牛顿环中心为什么是暗斑？如中心出现亮斑作何解释？对测量结果有无影响？ 6. 预习课本第二章第一节（P50），熟悉读数显微镜的结构、分度值、读数方法及使用方法，<图中标出仪器字母所指名称，考虑其作用及用法>。改变显微镜放大倍数，测量结果是否会改变？
7. 由于测微鼓轮中螺距间总有间隙存在，当测微鼓轮刚开始反向旋转时会发生空转，引起读数误差（称为空回误差），实验时应如何避免？ 8. 调节读数显微镜焦距应注意什么？测量牛顿环直径时，应如何安排测量顺序？干涉环数如何取？ 9. 测暗环直径时，若十字叉丝的交点未通过圆环中心，此时测得是弦长，对实验结果有影响吗？ 10. 逐差法处理数据的优缺点 实验内容和步骤： 1.牛顿环测平凸透镜的曲率半径 （1）接通电源使灯管预热，将放在读数显微镜的平台上，调节，以便获得最大的照度。 （2）调节读数显微镜，直至在读数显微镜内能看到清晰的干涉条纹的像。适当移动位置，观察干涉条纹现象并记录，使干涉条纹的中央暗区在显微镜叉丝的正下方，以便测量。 （3）转动，观察十字准线从中央缓慢向左（或向右）移至环，然后反方向至第环 ，然后继续转动鼓向右移动，当十字准线竖线与环中心相切时，记录读数显微镜上的位置读数x n 轮，继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉圆环中心，记录十字准线与右边第环中心相切时的读数。数据记录设计表格: 表16-1:等厚现象的观察表16-2：牛顿环数据处理m-n= λ=589.3nm 教师：
大学物理实验报告实验15光的等厚干涉与应用
大学物理实验报告实验15光的等厚干涉与应用 1 1）观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理 2）学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径 3）掌握读数显微镜的使用方法 4）掌握逐差法处理数据的方法 2读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置 ,,,aabbaa如图所示，在平面与平面之间存在一个空气气隙。当入射光投射到平面上时， ,,,aabbaa部分光被反射后朝1方向传播，部分透过平面投射到平面上被反射后再透过平面 ,,2,e, ,22朝2方向传播，两光线叠加互相干涉，叠加处两束光的光程差近似为，式中为 光山光疏介质反射到光密介质表面时产生的附加光程差，也称半波损失。 ,，产生暗纹的条件为:,,2e, , （2K, 1）,K, 1,2,3, ? ,n（整数）22 ，产生明纹的条件为：，，2e, ,K,,K, 1,2,3, ? ,n（整数）2 厚度相等的地方光程差相等，所以称此种干涉为等卑干涉。 3.2 牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃 间形成空气薄
2r ,层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离「凸透镜曲率半径R的关系为: 2R dm dn. 根据干涉相消条件易得笫K级暗纹 的半径与波长X及牛顿环装置中平凸透 镜的凸面曲率半径R存在下述关系： 22rdKK ,, RK, 4K, 2d根据K与K成正比的性质采取逐差法 22处理实验数据d, d, 4, R(m, n) mn 4 1)打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物台 上，调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图 20-1 (a)。2)调节显微镜的目镜直到看清“十”字义丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表面， 然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。3) 转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字义丝的
大物实验报告_光的等厚干涉
大学物理实验报告实验名称:光的等厚干涉 学院:机电工程学院 班级:车辆151班 姓名:吴倩萍 学号:5902415034 时间:第8周周三下午3：45开始 地点:基础实验大楼313
一、实验目的： 1.观察牛顿环和劈尖的干涉现象。 2.了解形成等厚干涉现象的条件及特点。 3.用干涉法测量透镜的曲率半径以及测量物体的微小直径或厚度。 二、实验仪器： 牛顿环装置、钠光灯、读数显微镜、劈尖等。 三、实验原理： 在平面玻璃板BB上放置一曲率半径为R的平凸透镜AOA，两者之间便形成一层空气薄层。当用单色光垂直照射下来时，从空 气上下两个表面反射的光束1和光束2在空气表面层附近相遇产生干涉，空气层厚度相等处形成同一级的干涉条纹，这种干涉 现象称为等厚干涉。 1．用牛顿环测量平凸透镜表面的曲率半径 （1）安放实验仪器。（2）调节牛顿环仪边框上三个螺旋，使 在牛顿环仪中心出现一组同心干涉环。将牛顿环仪放在显微镜 的平台上，调节45°玻璃板，以便获得最大的照度。（3）调节 读数显微镜调焦手轮，直至在显微镜内能看到清晰的干涉条纹 的像。适当移动牛顿环位置，使干涉条纹的中央暗区在显微镜 叉丝的正下方，观察干涉条纹是否在显微镜的读数范围内，以 便测量。（4）转动测微鼓轮，先使镜筒由牛顿环中心向左移动，
顺序数到第24暗环，再反向至第22暗环并使竖直叉丝对准暗 环中间，开始记录。在整个测量过程中，鼓轮只能沿同一个方 向依次测完全部数据。将数据填入表中，显然，某环左右位置 读数之差即为该环的直径。用逐差法求出R，并计算误差。2．用劈尖干涉法则细丝直径 （1）将被测细丝夹在两块平板玻璃的一端，另一端直接接触，形成劈尖，然后置于读数显微镜载物台上。（2）调节叉丝方位 和劈尖放置方位，使镜筒移动方向与干涉条纹相垂直，以便准 确测出条纹间距。（3）用读数显微镜测出20条暗条纹间的垂 直距离l，再测出棱边到细丝所在处的总长度L，求出细丝直径d。（4）重复步骤3，各测三次，将数据填入自拟表格中。求 其平均值。 四、实验内容： 观察牛顿环 （１）接通钠光灯电源使灯管预热。 （２）将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒下，并将下面的反射镜置于背光位置。 （３）待钠光灯正常发光后，调节光源的位置，使450半反射镜正对钠灯窗口，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，
等厚干涉现象的观测
实验一光的等厚干涉现象的观测 【目的与任务】 1、学习使用移测显微镜； 2、观察光的等厚干涉现象，研究等厚干涉现象的规律和条件； 3、利用等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径和微小厚度； 4、学习用逐差法处理实验数据的方法。 【仪器与设备】 移测显微镜(又称读数显微镜、比长仪)、牛顿环仪、低压钠灯。 1、移测显微镜结构如图1所示。它由光学部分和机械部分构成，光学部分是一个长焦距显微镜，机械部分主要是底座、由丝杆带动的滑台以及读数标尺等。其测长原理与千分尺相同，可以精确读到0.01mm，估读到0.001mm。 2、移测显微镜的操作方法： (1)将移测显微镜安放平稳，大致对准待测物； (2)反复调整显微镜目镜，直到能够看清目镜里的叉丝； (3)缓慢调节物镜的调焦手轮使显微镜聚焦，直到清楚地看到待测物，并尽可能消除视差；(消除视差的判断标准：当眼睛左右移动时，通过显微镜看去，叉丝和待测物的像之间无相对移动。) (4)转动鼓轮手柄使显微镜移动，让叉丝对准被测起点，记录一读数，继续转动鼓轮手柄使叉丝对准被测终点，再记录此时的读数，两次读数之差即被测两点的间距。 3、牛顿环仪:是一种干涉装置。由一曲率半径相当大的平凸透镜放在光学玻璃平板(平晶)的上面构成，如图2所示。 图1移测显微镜结构图 原理与方法】 图2牛顿环仪示意图 1、牛顿环干涉现象 牛顿环是牛顿于1657年在制作天文望远镜时，偶然将一个望远镜的物镜放在平玻璃上
发现的，由图2知在透镜的凸面与平板玻璃之间形成以接触点O为中心向四周逐渐增厚的空气薄膜，离O点等距离的地方厚度相同。等厚膜的轨迹是以接触点O为中心的圆。若以波长为九的单色光垂直照射到该装置上时，其中一部分光线在空气膜上表面反射，一部分在空气膜下表面反射，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。因在膜厚度相同的地方具有相同的光程差，所以形成的干涉条纹为膜的等厚各点的轨迹。当在反射方向观察时（见如图3a），将会看到一组以接触点为中心的明暗相间的圆环形干涉图样，且中心是一暗斑，如图3b所示。如果在透射方向观察（见如图4a）,则看到的干涉图样与反射光的干涉图样的光强分布恰为互补，中心是亮斑，原来的亮环处变为暗环，暗环处变为亮环，如图4b所示。这种干涉现象为牛顿最早发现，故称为牛顿环。显然，牛顿环是等厚干涉。 图3a：反射光束形成牛顿环的光路图图4a：透射光束形成牛顿环的光路图 图3b：反射光束形成的干涉图样图4b：透射光束形成的干涉图样设透镜的曲率半径为R，第m级干涉圆环的半径为r，其相应的空气膜厚度为d，mm 对图3b由反射光束形成的干涉图样而言，空气膜上、下表面两反射光的光程差为 (1) 这里假定空气的折射率等于1（以下推导均同），其中，V2是空气膜下表面反射光线由光
(完整版)光的等厚干涉实验报告
大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第11周，星期 二 第 5-6 节 实验名称 光的等厚干涉 教师评语 实验目的与要求： 1. 观察牛顿环现象及其特点， 加深对等厚干涉现象的认识和理解。 2. 学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。 3. 掌握读数显微镜的使用方法。 实验原理和内容： 1. 牛顿环 牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成， 结构如图所示。 当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时， 由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜， 经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差， 它们在平凸透镜的凸面（底面）相遇后将发生干涉， 干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆， 称为牛顿环（如图所示。 由牛顿最早发现）。 由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等， 故称为等厚干涉。 牛顿环实验装置的光路图如下图所示： 成 绩 教师签字
设射入单色光的波长为λ， 在距接触点r k 处将产生第k 级牛顿环， 此处对应的空气膜厚度为d k ， 则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为 2 2λ δ+ =k k nd 式中， n 为空气的折射率（一般取1）， λ/2是光从光疏介质（空气）射到光密介质（玻璃）的交界面上反射时产生的半波损失。 根据干涉条件， 当光程差为波长的整数倍时干涉相长， 反之为半波长奇数倍时干涉相消， 故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况： 2 ) 12(2 22 2λ λ λ δ+= + =k k d k k 由上页图可得干涉环半径r k ， 膜的厚度d k 与平凸透镜的曲率半径R 之间的关系 222)(k k r d R R +-=。 由于dk 远小于R ， 故可以将其平方项忽略而得到2 2k k r Rd =。 结合以上 的两种情况公式， 得到： λkR Rd r k k ==22 ， 暗环...,2,1,0=k 由以上公式课件， r k 与d k 成二次幂的关系， 故牛顿环之间并不是等距的， 且为了避免背光因素干扰， 一般选取暗环作为观测对象。 而在实际中由于压力形变等原因， 凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面； 另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑， 这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。 而使用差值法消去附加的光程差， 用测量暗环的直径来代替半径， 都可以减少以上类型的误差出现。 由上可得： λ )(422n m D D R n m --= 式中， D m 、D n 分别是第m 级与第n 级的暗环直径， 由上式即可计算出曲率半径R 。 由于式中使用环数差m-n 代替了级数k ， 避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。 凸透镜的曲率半径也可以由作图法得出。 测得多组不同的D m 和m ， 根据公式m R D m λ42=， 可知只要作图求出斜率λR 4， 代入已知的单色光波长， 即可求出凸透镜的曲率半径R 。 2. 劈尖 将两块光学平玻璃叠合在一起， 并在其另一端插入待测的薄片或细丝（尽可能使其与玻璃的搭接线平行）， 则在两块玻璃之间形成以空气劈尖， 如下图所示： K=1,2,3,…., 明环 K=0,1,2,…., 暗环
测量显微镜
测量显微镜
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。 §4.1 等厚干涉 【预习重点】 2
1.利用等厚干涉现象测微小厚度和凸透镜曲率半径的原理和方法。 2.等厚干涉条纹的分布和形状由什么决定。 3.处理数据的逐差法。 【实验目的】 1.观察研究等厚干涉现象。 2.利用等厚干涉测量微小厚度和凸透镜的曲率半径。 3.学习逐差法处理数据。 【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(Optical path length difference)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(Interference of equalthickness)。 3
4 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、用劈形膜测微小厚度 如图4.1.1，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-shaped airfilm )，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 22λ δ+=e (4.1.1) 式中e 为入射点薄膜的厚度，λ为入射光的波长。