光的干涉现象及应用若将来自同一光源的光分成两束,这两束光经过不同的路径传播后再相遇,一般就会产生干涉现象 ——— 明暗条纹。光的干涉在科研、生产和生活中有着广泛应用,如用来检查光学元件表面的光洁度和平整度,用来测量透镜的曲率半径和光波波长,用来测量微小厚度和微小角度等等。通过本实验可以深刻地理解等厚干沙现象及其应用。
实验原理:
1、等厚干涉如图 1所示,在 C点产生干涉,光线 11`和 22`的光程差为△ =2d+λ/2,式中 λ/2是因为光由光疏媒质入射到光密媒质上反射时,有一相位突变引起的附加光程差。
当光程差 △ =2d+λ/2=(2k+1)λ/2,即 d=k λ/2时 产生 暗 条纹 ;
当光程差 △ =2d+λ/2=kλ/2,即 d=(k- 1/2)λ/2时 产生 明 条纹 ;
因此,在空气薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹,叫 等厚干涉 条纹。
S
d
121`2`
图 1
2、用牛顿环测透镜的曲率半径将一个曲率半径较大的平凸透镜的凸面置于一块光学平板玻璃上则可组成牛顿环装置。如图 2所示。这两束反射光在 AOB表面上的某一点 E
相遇,从而产生 E点的干涉。由于 AOB表面是球面,所产生的条纹是明暗相间的圆环,所以称为 牛顿环,如图 3所示。
由图 2可知,r2=( 2R- d) d 当R,d 时,可略去 d2,即 r2=2Rd
3、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,如图 4所示。 K级干涉暗条纹对应的薄膜厚度为 d=kλ/2 k=0时,d=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,则薄纸片厚度为
d’=N λ/2 若劈尖总长为L,再测出相邻两条纹之间的距离为△ x,则暗条纹总数为N=L/△ x
即 d’=L λ/2 △ x
则 R=r2/2d 若该圆环是第 m级暗环,d=mλ/2,
所以,R=r2/mλ (1)
实际上,在接触处由于灰尘或压力引起的附加光程差,使得牛顿环的级数 m和环的中心无法确定,
因此不能用( 1)式来测定 R。而用( 2)式计算 R
R=(Dm2- Dn2)/4(m- n) λ (2)
A B
EOQ
r
R
图2 图3
实验内容:
牛顿环
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
L
d’
数据处理:
2、用逐差法处理数据并求出 R及 R的不确定度,3、求出薄纸片的厚度 d’及 d’的不确定度,
1、列出原始数据和中间结果的表格。