干涉法測微小量

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)PB 張晶晶實驗題目： 干涉法測微小量實驗?zāi)康耐ㄟ^本次實驗，學(xué)習(xí)、掌握利用光的干涉原理檢驗光學(xué)元件表面幾何特征的方法，用劈尖的等厚干涉測量細(xì)絲直徑的方法，同時加深對光的波動性的認(rèn)識。實驗原理1用牛頓環(huán)測平凸透鏡的曲率半徑當(dāng)曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面放在一平面玻璃上時，在透鏡的凸面與平面之間形成一個從中心O向四周逐漸增厚的空氣層。當(dāng)單色光垂直照射下來時，從空氣層上下兩個表面反射的光束1和光束2在上表面相遇時產(chǎn)生干涉。因為光程差相等的地方是以O(shè)點為中心的同心圓，因此等厚干

2、涉條紋也是一組以O(shè)點為中心的明暗相間的同心圓，稱為牛頓環(huán)。由于從下表面反射的光多走了二倍空氣層厚度的距離，以及從下表面反射時，是從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)而存在半波損失，故1、2兩束光的光程差為 （1）式中為入射光的波長，是空氣層厚度，空氣折射率。當(dāng)程差為半波長的奇數(shù)倍時為暗環(huán)，若第m個暗環(huán)處的空氣層厚度為，則有 （2）由幾何關(guān)系，以及一般空氣層厚度遠(yuǎn)小于所使用的平凸透鏡的曲率半徑R，即，可得 （3）式中rm是第m個暗環(huán)的半徑。由式（2）和式（3）可得 （4）可見，我們?nèi)魷y得第m個暗環(huán)的半徑rm便可由已知求R，或者由已知R求了。但是，由于玻璃接觸處受壓，引起局部的彈性形變，使透鏡凸面與平面玻璃不可能

3、很理想的只以一個點相接觸，所以圓心位置很難確定，環(huán)的半徑rm也就不易測準(zhǔn)。同時因玻璃表面的不潔凈所引入的附加程差，使實驗中看到的干涉級數(shù)并不代表真正的干涉級數(shù)m。為此，我們將式（4）作一變換，將式中半徑rm換成直徑Dm，則有 （5）對第m+n個暗環(huán)有 （6）將（5）和（6）兩式相減，再展開整理后有 （7）可見，如果我們測得第m個暗環(huán)及第（m+n）個暗環(huán)的直徑Dm、Dm+n，就可由式（7）計算透鏡的曲率半徑R。經(jīng)過上述的公式變換，避開了難測的量rm和m，從而提高了測量的精度。實驗內(nèi)容：測平凸透鏡的曲率半徑觀察牛頓環(huán)將牛頓環(huán)儀按圖7.2.1-5所示放置在讀數(shù)顯微鏡鏡筒和入射光調(diào)節(jié)木架的玻璃片的下方

4、，木架上的透鏡要正對著鈉光燈窗口，調(diào)節(jié)玻璃片角度，使通過顯微鏡目鏡觀察時視場最亮。調(diào)節(jié)目鏡，看清目鏡視場的十字叉絲后，使顯微鏡筒下降到接近玻璃片，然后緩慢上升，直到觀察到干涉條紋，再微調(diào)玻璃片角度及顯微鏡，使條紋更清楚。測牛頓環(huán)直徑使顯微鏡的十字叉絲交點與牛頓環(huán)中心重合，并使水平方向的叉絲與標(biāo)尺平行（與顯微鏡筒移動方向平行）。轉(zhuǎn)動顯微鏡測微鼓輪，使顯微鏡筒沿一個方向移動，同時數(shù)出十字叉絲豎絲移過的暗環(huán)數(shù)，直到豎絲與第35環(huán)相切為止。反向轉(zhuǎn)動鼓輪，當(dāng)豎絲與第30環(huán)相切時，記錄讀數(shù)顯微鏡上的位置讀數(shù)d30，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動鼓輪，使豎絲依次與第25、20、15、10、5環(huán)相切，順次記下讀數(shù)d25，d20

5、，d15，d10，d5。繼續(xù)轉(zhuǎn)動鼓輪，越過干涉圓環(huán)中心，記下豎絲依次與另一邊的5、10、15、20、25、30環(huán)相切時的讀數(shù)、。重復(fù)測量兩次，共測兩組數(shù)據(jù)。用逐差法處理數(shù)據(jù)第30環(huán)的直徑，同理，可求出D25、D20D5，式（7）中，取n=15，求出，代入式（7）計算R和R的標(biāo)準(zhǔn)差。 30252015105d128.87628.55428.20027.80027.33726.768d120.65220.96221.32521.71922.20522.795D18.2247.5926.8756.0815.1323.973d228.88028.56628.20127.80327.34026.720d

6、220.65020.96021.32321.71722.20322.793D28.237.5966.8786.0865.1373.937d328.88628.55228.20027.80127.33826.769d320.65120.95121.32421.72022.20022.796D38.2357.6016.8766.0815.1383.9378.2307.6006.8766.0835.1363.937單位是mm數(shù)據(jù)處理如下：對公式兩邊取對數(shù)，得：；兩邊求微分有：；合并同類項：系數(shù)取絕對值并改成不確定度符號：取置信概率為P=0.95，得：帶入數(shù)據(jù)計算得：思考題參看圖7.2.1-6，從空氣膜上下表面反射的光線相遇在D處發(fā)生相干，其光程差為 為什么式（1）寫？答：因為計算時是取一級近似的，圖中的AB，BC，CD，AD都很小幾乎不可測量，再有ADCD，ABBC于是即得。牛頓環(huán)的中心級次是多少？是亮斑還是暗斑？你實驗用的牛頓環(huán)中心是亮還是暗？為什么？答：.牛頓