光 的 缝 孔 衍 射 - 浙江理工大学化学实验教学中心.ppt

浙江理工大学物理实验中心
光的等厚干涉
等厚干涉实验
一、实验目的
观察等厚干涉现象.
学习用牛顿环测量球面曲率半径的原理和方法.
学会使用钠光灯及熟炼使用读数显微镜.
二、实验原理

当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时,光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光(分振幅),折射光在薄膜的下表面反射后,又经上表面折射,最后回到原来的媒质中,在这里与反射光交迭,发生相干。只要光源发出的光束足够宽,相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。
薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹,厚度不同处产生不同级的干涉条纹。这种干涉称为等厚干涉。
A
B
C
D
n
1
n
2
n
1
e
i
1
2
1
'
2
'

牛顿环仪:是由一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一个平面玻璃接触在一起构成,平凸透镜的凸面与玻璃片之间的空气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
C
O
R
e
rk
q

当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时,一部分光线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,它们在平凸透镜的凸面附近相遇而发生干涉。
当我们用显微镜来观察时,便可清楚地看到中心是一暗圆斑,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。

k级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为:
根据光的干涉条件,
C
O
R
e
rk
q
R 为透镜的曲率半径,rk 为第k级干涉环的半径,
由几何关系可得:
所以,由于, 可忽略,
因此得到:
(此式说明: 与成正比,即离开中心愈远,光程差增加愈快,因此,干涉环愈密。)
整理后得:
上式若已知,测出第k 级暗条纹的半径rk ,便可算出透镜的曲率半径R。
C
O
R
e
rk
q

在实验中不能直接用公式,原因有二:
①实际观察牛顿环时发现,牛顿环的中心不是一个点,而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜与平板玻璃接触时,由于接触压力引起形变,使接触处为一圆面,而圆面的中心很难定准,因此rk不易测准;
②镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度,从而形成附加的光程差,这样,绝对级数也不易定准。
为了克服这些困难, 对进行处理,首先取暗环
直径Dk 来替代半径rk , ,则可写成:

再采用逐差法,以消除附加光程差带来的误差,若m与n级暗环直径分别Dm与Dn,
则:
两式相减得:
上式只出现相对级数(m-n),无需知道待测暗环的绝对级数,而且由于分子是,通过几何分析可知,即使牛顿环中心无法定准,也不会影响R的准确度。