大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光的干涉

光的干涉——分振幅干涉

光的干涉現(xiàn)象是光波動(dòng)性的基本特征之一，在對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，它為光的波動(dòng)性提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。根據(jù)相干光源的獲得方式可以將干涉分為兩大類：分波面干涉和分振幅干涉。劈尖和牛頓環(huán)干涉都是用分振幅方法產(chǎn)生的干涉。其特點(diǎn)是同一級(jí)干涉條紋處，兩反射面間的厚度相等，故劈尖和牛頓環(huán)都屬于等厚干涉。

光的干涉在科學(xué)研究和工業(yè)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，通常利用劈尖來(lái)測(cè)量微小物體的厚度和固體的熱膨脹系數(shù)，利用牛頓環(huán)來(lái)檢查光學(xué)元件表面的平整度和測(cè)量透鏡表面的曲率半徑等。實(shí)驗(yàn)背景實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握顯微鏡的使用方法。2、用牛頓環(huán)裝置測(cè)量平凸透鏡曲率半徑的方法。3、用空氣劈尖裝置測(cè)量微小長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)儀器顯微鏡牛頓環(huán)空氣劈尖牛頓環(huán)半反射鏡調(diào)焦手輪測(cè)量手輪游標(biāo)尺0.01mm主尺1mm目鏡

整毫米從主尺讀出，不足1毫米的部分從微分筒上讀?。ㄎ⒎滞沧x數(shù)時(shí)要從小向大讀數(shù)）。上圖顯示讀數(shù)為：？？主尺讀數(shù)準(zhǔn)線主尺微分筒微分筒讀數(shù)準(zhǔn)線牛頓環(huán)裝置是由一塊曲率半徑較大的平凸透鏡，以其凸面放在一塊光學(xué)玻璃平板（平晶）上構(gòu)成牛頓環(huán)整套設(shè)備實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)用適當(dāng)?shù)墓庹丈鋾r(shí)，透鏡與玻璃平板接觸處就會(huì)出現(xiàn)一組同心環(huán)狀條紋，這種現(xiàn)象稱牛頓環(huán)。牛頓環(huán)平凸透鏡平板玻璃圖1圖2(a)圖2(b)

當(dāng)波長(zhǎng)為λ的單色光垂直入射時(shí)，光在空氣膜的上下表面反射，在空氣膜上表面相遇。由于空氣膜上下表面發(fā)射的光的光程不同，從而產(chǎn)生干涉條紋。牛頓環(huán)的干涉條紋是一組同心圓環(huán)，條紋以接觸點(diǎn)O為圓心，隨著空氣膜厚度的增加，從而向外越來(lái)越密。測(cè)量透鏡的曲率半徑____空氣劈尖將兩片玻璃上下疊放在一起，一端夾一薄片，則在兩片玻璃間形成空氣薄膜，稱為空氣劈尖。由于在空氣膜的上下表面反射的光的光程不同，兩束光在空氣膜的上表面相遇，產(chǎn)生一組等間距的直線狀等厚條紋。M劈尖頭空氣劈尖干涉條紋中，任意相鄰兩條暗紋的光程差我們可以表示為；即相鄰兩條暗紋對(duì)應(yīng)的空氣層厚度差是一定的。待測(cè)樣品厚度為式中N為空氣劈尖干涉條紋中暗紋的數(shù)目。N可以通過(guò)顯微鏡讀出，也可以用空氣劈尖有效長(zhǎng)度和條紋間距計(jì)算得到。式中L為空氣劈尖有效長(zhǎng)度，b為條紋間距。測(cè)量第一條暗紋坐標(biāo)(M1)，第10條暗紋坐標(biāo)(M10)，第110條暗紋坐標(biāo)(M110)以及最后一條暗紋坐標(biāo)(Ms)。利用以下公式計(jì)算。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

打開鈉光燈，將半透半反鏡正對(duì)鈉光燈出光口，使顯微鏡視野被均勻照亮。轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡（對(duì)目鏡調(diào)焦），使觀察到的叉絲最清楚。檸松目鏡止動(dòng)螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)叉絲使叉絲呈正十字形狀（考慮一下這樣做的目的）。調(diào)節(jié)好后，擰緊目鏡止動(dòng)螺絲。5.將待測(cè)物體插入兩片玻璃之間（靠近玻璃一側(cè)邊緣）制成空氣劈尖。注意：螺絲應(yīng)該松開。4.通過(guò)肉眼觀察，調(diào)節(jié)牛頓環(huán)上的螺釘，將黑點(diǎn)調(diào)至中心。將牛頓環(huán)放置在顯微鏡載物臺(tái)上，使顯微鏡位于長(zhǎng)標(biāo)尺中部附近（約25mm處）。調(diào)節(jié)調(diào)焦鼓掄，使顯微鏡自下而上緩緩上升，看到清晰的干涉條紋，移動(dòng)牛頓環(huán)使干涉環(huán)中心與叉絲中心重合。測(cè)量牛頓環(huán)的曲率半徑3.轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪使叉絲從中心位置向右（左）移動(dòng)，數(shù)20圈暗條紋后倒轉(zhuǎn)，記錄第16-7圈暗條紋的位置；沿同一方向繼續(xù)移動(dòng)記錄中心左（右）側(cè)第7-16圈暗條紋的位置。（記錄時(shí)顯微鏡不能倒轉(zhuǎn)。）牛頓環(huán)測(cè)曲率半徑數(shù)據(jù)表格（k-j=5）R(mm)Dk

2-Dj2(mm2)71281391410151116|Dk

2-Dj2|(mm2）Dj(mm)右j(mm)左j(mm)環(huán)數(shù)jDk（mm）右k(mm)左k(mm)環(huán)數(shù)k將顯微鏡置于標(biāo)尺邊緣，移動(dòng)使劈尖邊緣處于顯微鏡正下方。調(diào)節(jié)調(diào)焦鼓輪，使顯微鏡自下而上緩緩上升，看到清晰的干涉條紋，隨時(shí)調(diào)整角度對(duì)準(zhǔn)鈉光源。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪，使顯微鏡筒沿主尺移動(dòng)，保證劈尖頭（玻璃邊緣）、樣品邊緣及之間的所有條紋都能看到。利用空氣劈尖測(cè)樣品厚度3.測(cè)量（兩種方法任選一種）：1）測(cè)量第一條暗紋坐標(biāo)(M1)，第10條暗紋坐標(biāo)(M10)，第110條暗紋坐標(biāo)(M110)以及最后一條暗紋坐標(biāo)(Ms)。利用以下公式計(jì)算。2）從兩玻璃片的交線處開始，至待測(cè)物體邊緣，數(shù)出暗紋條數(shù)N，計(jì)算樣品厚度。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.讀數(shù)時(shí)叉絲應(yīng)對(duì)準(zhǔn)干涉暗環(huán)的中心。2.注意讀數(shù)不要數(shù)