等 厚干涉 实
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
等厚干涉实验，是由洪堡用他的牛顿环提出来的，它是细节最精确的光学实验中的一种，从1832年到今天依然使用着这种工具，用于测量光的波长。
与常见的牛顿环相比，劈尖干涉实验对更精确的波长测量更加具有优势，因此得到了广泛的应用。
等厚干涉实验由牛顿环和劈尖干涉组成。
牛顿环是带有镶边的圆形玻璃，其边缘处有两个凹痕，它们被锯齿状分割或尖锐的割边填充，形成镶边，这种特殊的凹痕可以将光线形成一个尖锐而密集的条状图案。
光线由镶边穿过时，产生干涉。
劈尖干涉则不依靠物理凹痕来实现，而是依靠使用两个平行的光纤，其中一根分成两端，由一个非激光的光源为源入射在第一根光纤上，然后从两端发出，分别穿过另外一端光纤，最后从E型探头出发，形成劈尖边缘，从而产生干涉。
等厚干涉实验的基本原理是，入射光有一定的空间图案，其条纹会与凹痕或劈尖边缘相互叠加，形成干涉。
在实际操作中，将该干涉实验用于波长测量时，只要将数据拟合到模型公式，便可以准确测量出光的波长。
等厚干涉实验的优势在于，操作简便，测量准确，同时具有较高的精度。
而缺点是，由于采用凹痕或劈尖边缘，光线会产生不可预测的多普勒效应，而且各种环境因素会对结果造成影响，所以并不能完全准确测量光的波长。
等厚干涉实验
注意：1.由于透镜与平板玻璃接触时引起形变， 注意：1.由于透镜与平板玻璃接触时引起形变，使接触 由于透镜与平板玻璃接触时引起形变 处为一圆面，而圆面的中心很难定准，因此牛顿环的中 处为一圆面， 心不是一个点，而是一个不太清晰的暗或亮的圆斑。 心不是一个点，而是一个不太清晰的暗或亮的圆斑。 2.镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度，从而形 镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度， 镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度 成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。 成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。
实验内容与方法
1.调整牛顿环. 调整牛顿环. 2.调节光路和显微镜， 2.调节光路和显微镜，观察整个干涉环的清晰度 调节光路和显微镜 环数及环数差的选取： 3. 环数及环数差的选取： m-n=15. 测量干涉环的直径： =X Dm=X’m 4. 测量干涉环的直径：D1=X’1-X1，Dm=X m-Xm 5.读数显微镜的读数方法：可估读到0.001mm。 5.读数显微镜的读数方法：可估读到0.001mm。 读数显微镜的读数方法 0.001mm
主尺： 主尺：15mm
测微鼓轮： 测微鼓轮：0.506mm
最后读数为： 最后读数为：15.506mm
数据处理
用逐差法处理数据。 用逐差法处理数据。 参考数据记录表： 参考数据记录表：
λ=5.893×10-4 mm, m-n=15 ×
环序数
30 29 m 28 27 26 15 14 n 13 12 11 平 均 值
C
θ
R
O
k
e
干涉条纹
当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时，一部分光线 当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时，
在空气层的下表面反射， 在空气层的下表面反射，一部分光线在空气层的上表面 反射，这两部分光有光程差， 反射，这两部分光有光程差，它们在平凸透镜的凸面附 近相遇而发生干涉。 近相遇而发生干涉。 当我们用显微镜来观察时，便可清楚地看到中பைடு நூலகம்是一暗 当我们用显微镜来观察时， 当我们用显微镜来观察时 圆斑，而周围是许多明暗相间、间隔逐渐减小的同心环， 圆斑，而周围是许多明暗相间、间隔逐渐减小的同心环， 称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。 称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。
光的等厚干涉实验原理
光的等厚干涉实验原理光的等厚干涉实验是一种利用光的波动性质进行干涉现象研究的实验。
它利用不同介质对光的折射率不同，使得入射波前分成两部分，经过不同路径后再次汇聚，产生干涉现象。
通过测量干涉条纹的特征，可以得到关于光的波长和介质的折射率等信息。
该实验基于波动理论的基本原理，即光在介质中传播时会发生折射，其传播速度与介质的折射率有关。
当光从一种介质射入另一种折射率不同的介质中时，光的传播速度会发生变化，从而引起光的传播路径发生弯曲。
而当光通过不同路径传播后，再次汇聚时，会产生干涉现象。
光的干涉现象是由光波的叠加所引起的。
在等厚干涉实验中，通过将光分为两束，分别通过两片具有不同折射率的介质，光线经过介质时在发生折射的位置上产生相位差，当两束光线再次汇聚时，相位差会导致光的干涉现象。
而干涉现象产生的干涉条纹则是反映相位差变化的标志。
在等厚干涉实验中，一般会使用两片具有均匀厚度的玻璃或气泡薄片作为干涉介质，它们都具有固定的折射率。
当光通过这两片介质时，会产生相位差。
根据波动理论的原理，当两束光线再次相交时，两束光的相干性将决定产生的干涉现象。
干涉条纹的特征可以通过以下方程来描述：Δx=λ*d/(n1-n2)其中，Δx是干涉条纹间距，λ是光的波长。
d是介质的厚度，n1和n2是两个介质的折射率。
这个方程表明，干涉条纹间距与波长、介质厚度以及两个介质的折射率有关。
通过测量干涉条纹特征的变化，可以得到关于光的波长和介质的折射率的信息。
例如，可以通过测量干涉条纹间距的变化来确定光的波长。
当波长增大时，干涉条纹的间距也会增大。
同样，可以通过测量干涉条纹移动的位置来确定介质的折射率。
当介质的折射率增大时，干涉条纹会发生平移。
光的等厚干涉实验在科学研究和工程领域具有广泛的应用。
例如，它可以用于测量光的波长、折射率的变化，也可以用于研究材料的光学性质和质量的检测。
此外，等厚干涉实验还可以用于制备光学元件，例如多层膜、光栅和波导等。
等厚干涉原理及应用实验
等厚干涉原理及应用实验干涉是光学中的重要现象，根据等厚干涉原理，当平行光束通过一个明线与暗线交替的干涉条纹板时，由于光线在两个不同介质中传播时产生相位差，会形成干涉条纹。
等厚干涉原理也可以应用于其他介质的干涉实验。
在等厚干涉实验中，我们可以使用一块透明的平板作为干涉条纹板，如玻璃、水、油等。
当平行入射光线照射到物体上时，一部分光线会直接透过物体，另一部分光线会发生反射。
当透射光线再次到达观察屏幕时，会与原始光线发生干涉，形成干涉条纹。
等厚干涉实验可以通过调整光源、调整入射角度等方法来观察和调控干涉条纹的变化。
我们可以用干涉条纹的形状、间距等参数来分析介质的性质和光的不同特性。
在实际应用中，等厚干涉原理可以用于测量物体的厚度、密度和表面形貌。
比如，在透明平板的干涉实验中，当我们观察到干涉条纹的变化时，可以通过测量干涉条纹的间距来计算出介质的厚度。
这种方法在材料科学、地质勘探等领域有重要的应用。
另外，等厚干涉原理也可以用于制作干涉滤波器。
通过控制干涉光的相位差，我们可以选择性地通过或反射特定波长的光线，从而制作出具有特定波长的干涉滤波器。
这种滤波器在光学仪器中广泛应用，例如光谱仪、激光器等。
此外，等厚干涉原理还可以用于制作光学元件，如透镜、光栅等。
通过在光学元件的表面上制造出特定的等厚条纹，可以改变入射光线的相位和干涉条件，从而实现光的调制和控制。
这种方法在光学器件制造和应用中具有重要意义。
总结起来，等厚干涉原理与应用实验在光学领域具有广泛的应用价值。
通过观察和分析干涉条纹的变化，我们可以获得有关介质性质、光线特性等方面的重要信息。
这些信息对于材料科学、仪器制造和光学应用等领域都具有重要意义。
因此，等厚干涉原理及应用实验是光学研究和实践中的重要内容之一。
等厚干涉现象实验报告
等厚干涉现象实验报告
《等厚干涉现象实验报告》
等厚干涉现象是光学实验中常见的一种现象，通过该实验可以观察到光的干涉
现象，从而进一步了解光的波动特性。
本文将介绍一次等厚干涉实验的过程和
结果。
实验过程：
1. 实验器材准备：准备一台光源、一块平行玻璃板、一块白纸和一块黑纸。
2. 实验设置：将光源放置在适当的位置，使其照射到平行玻璃板上，然后在平
行玻璃板的一侧放置白纸，在另一侧放置黑纸。
3. 观察现象：当光线穿过平行玻璃板时，会发生干涉现象，形成一系列明暗条纹。
观察这些条纹的分布和形状。
实验结果：
通过观察实验现象，我们可以得出以下结论：
1. 等厚干涉现象是由于光线穿过平行玻璃板时，不同光线的光程差导致的。
光
程差相等的地方会形成明纹，而光程差相差半个波长的地方会形成暗纹。
2. 干涉条纹的间距与光源的波长、平行玻璃板的厚度以及入射角度等因素有关。
通过调整这些因素，可以观察到不同的干涉条纹。
3. 等厚干涉现象是光的波动特性的重要表现，它揭示了光的波动性和干涉现象
的规律。
结论：
通过这次等厚干涉实验，我们深入了解了光的波动特性和干涉现象的规律。
这
些知识对于我们理解光学原理和应用光学技术具有重要意义。
希望通过不断地
实验和学习，我们能够更深入地理解光学现象，为光学领域的发展做出贡献。
等厚干涉原理
等厚干涉原理等厚干涉原理是光学干涉实验中的一种重要原理，它是基于光的波动性质而产生的干涉现象。
在等厚干涉实验中，光通过等厚薄膜后会产生干涉现象，这种现象在实际生活和科学研究中有着广泛的应用。
下面我们将详细介绍等厚干涉原理及其应用。
等厚干涉原理的基本概念是指，当光线通过等厚薄膜时，由于不同介质的折射率不同，光线在介质之间的反射和折射会产生相位差，从而形成干涉条纹。
等厚薄膜是指在光线传播的路径上，介质的厚度保持不变，这样可以使得干涉条纹清晰可见。
在等厚干涉实验中，通常会使用平行玻璃板或者空气膜来模拟等厚薄膜，通过调节光源和观察屏的位置，可以观察到明暗交替的干涉条纹。
等厚干涉原理的实现需要满足一定的条件，首先是光源需要是单色光，这样才能保证干涉条纹的清晰度。
其次是等厚薄膜的厚度需要足够薄，一般在光的波长数量级以下，这样才能产生明显的干涉现象。
最后是光线的入射角需要小于临界角，这样才能保证光线在介质之间发生反射和折射。
等厚干涉原理在实际应用中有着广泛的用途，其中最为重要的就是在光学薄膜的制备和检测中。
通过等厚干涉实验，可以精确地测量薄膜的厚度和折射率，这对于光学元件的制备和质量控制具有重要意义。
另外，在光学镀膜和光学薄膜的研究中，等厚干涉原理也扮演着重要的角色，它可以帮助科研人员研究薄膜的光学性质和厚度分布。
除此之外，等厚干涉原理还在光学成像和光学测量中得到了广泛的应用。
在显微镜和光学显微镜中，通过调节薄膜的厚度和折射率，可以实现对样品的高分辨率成像。
在光学测量中，等厚干涉原理可以用来测量透明薄膜的厚度和表面形貌，这对于材料科学和工程技术有着重要的意义。
综上所述，等厚干涉原理是光学干涉实验中的重要原理，它基于光的波动性质而产生，通过光线在等厚薄膜中的反射和折射产生干涉现象。
等厚干涉原理在光学薄膜制备、光学成像和光学测量中有着广泛的应用，对于推动光学科学和技术的发展具有重要意义。
希望本文对等厚干涉原理的理解和应用有所帮助，谢谢阅读！。
等厚干涉实验
测量牛顿环直径
•取m=15，n=5。横向改变显微镜筒位置， 使叉丝由第15圈外向第15圈移动直至叉丝 交点与之重合，读取C15，继续朝同一方向 移动叉丝至第5圈读取C5 ；仍按原方向移动 叉丝（为防止产生空程差），越过中央暗 环，按同样方法读取C'5 、C'15 。 •将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共6 次。
等厚干涉实验
等厚干涉
平行光照射到薄介质上，介质 上下表面反射的光会在膜表面处发 生干涉。介质厚度相等处的两束反 射光有相同的相位差，也就具有相 同的干涉光强度，这就是等厚干涉。
返回
半波损失
波传播过程中，遇到波疏 介质反射，反射点入射波与反射波 有相同的相位。波由波密介质反射， 反射点入射波与反射波的相位差π， 光程差为λ/2，即产生了半波损失。
薄纸片厚度的计算
d
λ 2
n Δx
L
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不确定度评定
• 先分别计算u(D15) 和u(D5),其中B类不确定 度均可取 。0 . 01
3
• 由传递关系计算R的不确定度。 • 用同样的方法计算d的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。
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问题思考
（1）有时牛顿环中央是一亮斑，这 是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧密接 触而致。试进行理论分析，并推导此时 的曲率半径计算公式。
返回
平凸透镜
平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样
品。
平凸透镜
平板端插入一
薄纸片，制成实验样品。
平板玻璃
薄纸片
平板玻璃
返回
实验内容
1.用牛顿环测透镜的曲率半径 2.用劈尖干涉法测薄纸片的厚度
实验公式 1.牛顿环 2.劈尖
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实验3.19_等厚干涉的应用
实验3.19_等厚干涉的应用
等厚干涉是一种光的干涉现象，它是由于光在通过两个平行的透明介质界面时，两个介质的厚度相等而引起的。
等厚干涉的应用广泛，下面介绍几个常见的应用：
1. 薄膜干涉：当光线从空气进入一个介质，再从这个介质进入另一个介质时，两个介质的界面之间的薄膜会形成等厚干涉。
这种现象被广泛应用于光学薄膜技术，如反射镜、透镜等光学元件的制造中。
2. 非破坏性检测：等厚干涉可以用于材料的非破坏性检测。
通过观察材料表面的等厚干涉图案，可以判断材料的厚度分布是否均匀，从而评估材料的质量和性能。
3. 显微镜观察：等厚干涉可以用于显微镜观察。
在显微镜中，通过透射或反射光的等厚干涉图案可以增强显微镜的分辨率和对比度，从而获得更清晰的显微图像。
4. 光学雕刻：等厚干涉可以用于光学雕刻。
通过控制光在介质中的传播路径和相位差，可以实现对材料的局部加热和腐蚀，从而实现精确的微纳加工和雕刻。
5. 表面形貌测量：等厚干涉可以用于表面形貌的测量。
通过观察介质界面上的等厚干涉条纹，可以推断出表面的弯曲、变形和缺陷等信息，从而实现对微观尺度表面形貌的精确测量。
等厚干涉在光学领域有着广泛的应用，不仅可以用于光学元件的制造和检测，还可以用于显微观测、光学雕刻和表面形貌测量等领域。
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大学物理实验
等厚干涉实验
等厚干涉实验
名词解释仪器介绍
实验内容操作要点
数据处理问题思考
名词解释
✹等厚干涉
✹半波损失
✹牛顿环
✹劈尖干涉
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等厚干涉
平行光照射到薄介质上，介质
上下表面反射的光会在膜表面处发生干涉。
介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差，也就具有相同的干涉光强度，这就是等厚干涉。
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半波损失
波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点入射波与反射波有相同的相位。
波由波密介质反射，反射点入射波与反射波的相位差π，光程差为λ/2，即产生了半波损失。
对光波说，来自大折射率介质的反射具有半波损失。
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牛顿环
将一曲率半径相
当大的平凸玻璃透镜放
在一平面玻璃的上面，
则在两者之间形成一个
厚度随直径变化的空气
隙。
空气隙的等厚干
涉条纹是一组明暗相间
的同心环。
该干涉条纹
最早被牛顿发现，所以
称为牛顿环（Newton-
ring）
返回牛顿环
劈尖干涉
✹
将两块光学平玻璃重叠在一起，在一端插入一薄纸片，则在两玻璃板间形成一空气劈尖
✹当一束平行单色光垂直入射时，由空气层上下表面反射的光将在空气层上表面处发生干涉，形成一组平行于交棱的明暗相间、等间距的直条纹。
L
d’
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仪器介绍
✹读数显微镜
✹钠灯
✹平凸透镜
✹劈尖
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读数显微镜
返回
目镜
物镜
上下移动旋钮
水平移动旋钮
读数标尺
读数盘
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。
在放电管内充有金属钠和氩气。
开启电源的瞬间，氩气放电发出粉红色的光。
氩气放电后金属钠被蒸发并放电发出黄色光。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别为589.59nm和589.00nm。
这两条谱线很接近，所以可以把它视为单色光源，并取其平均值589.30nm为波长。
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平凸透镜
返回
平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。
平凸透镜
平板玻璃
劈尖
返回
两块光学平玻璃重叠在一起，在一端插入一薄纸片，制成实验样品。
平板玻璃
平板玻璃
薄纸片
实验内容 实验公式
1.牛顿环
2.劈尖返回目录页
1.用牛顿环测透镜的曲率半径
2.用劈尖干涉法测薄纸片的厚度
1.牛顿环
返回
在空气厚度为e 的地方，
上下表面反射的光的光程
差为2e+λ/2，光程差为
(2k+1)λ/2处为干涉暗条纹，
得到曲率半径计算公式：A B
e
r
R C O λλ)(4)(2222n m D D n m r r R n m n m --=--=
2.劈尖
返回
第K 级干涉暗条纹对应的
薄膜厚度为e k =kλ/2
k=0时，e=0,即在两玻璃
板接触处为零级暗条纹；
若在薄纸处呈现k=N 级
条纹，则薄纸片厚为
d=N λ/2条纹，又由暗
条纹总数Ｎ＝Ｌ／△x ’得
到薄纸片厚度的计算公
式：
d=L λ/2 △x ’e k
操作要点
✹仪器布置
✹观测干涉条纹
✹测量直径
✹测量薄纸片厚度
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仪器布置
返回
观测牛顿环和劈尖干涉条纹•光源对准目镜筒上的45°平板玻璃，调节平板玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装臵上。
此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。
•被测物体放到载物平台上，调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向上移动显微镜镜筒（为防止压坏被测物体和物镜，不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。
•用同样的方法观察劈尖干涉的条纹。
返回
测量牛顿环直径
返回
•取m =15，n =5。
横向改变显微镜筒位臵，使叉丝由第15圈外向第15圈移动直至叉丝交点与之重合，读取C 15，继续朝同一方向移动叉丝至第5圈读取C 5；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差），越过中央暗环，按同样方法读取C'5、C'15。
•将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共6次。
测量薄纸片厚度
返回•由于相邻条纹之间的距离很小，为了减小测量误差，通常测量n 条干涉暗条纹之间的距离。
取n =10，横向改变显微镜筒位臵，使叉丝与某级暗纹重合读取X 0,继续朝同一方向移动叉丝,每隔10条暗纹依次读取X 1，X 2，…，X 5。
•测量交棱到纸边的距离L ，重复测5次。
数据处理
✹数据记录
✹曲率半径计算
✹不确定度评定
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数据记录表格
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次数
123456
C 15
C 5C ’15
C ’5
D 15
D 5
单位：mm 1.牛顿环
2.劈尖干涉
次数012345
X i
△X
L始
L末
L
单位：mm
返回
曲率半径计算返回
λ
)(422n m D D R n
m --=薄纸片厚度的计算
L Δx
n 2λd ⋅=
不确定度评定
返回
•先分别计算u(D 15)和u(D 5),其中B 类不确定度均可取。
•由传递关系计算R 的不确定度。
•用同样的方法计算d 的不确定度。
•不确定度有效数字取1位。
301
.0
问题思考
（1）有时牛顿环中央是一亮斑，这是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧密接触而致。
试进行理论分析，并推导此时的曲率半径计算公式。
（2）劈尖的夹角的正弦，试讨论当夹角变化时，干涉条纹的疏密的变化。
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