大学物理实验_光的干涉现象及应用

光的干涉现象及应用 若将来自同一光源的光分成两柬,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,光线和22的光程差为△=2d+2,式中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+2=(2k+1)/2,即dkM2时产生暗条纹; 当光程差△=2d+2=M/2,即=(k-1/2)2时产生明条纹; 2 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 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 图1 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 001mm 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

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 1 1` 2 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，r 2=（2R－d）d 当Ｒ》d 时，可略去d２，即r 2=2Rd

则R=P2/2d若该圆环是第m级暗环,d=m/2, 所以, R=r2/m入 R 实际上,在接触处由于灰尘或压力引起的附加光 B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=(D2-Dn2)/4(m-n) 牛顿环 图2 图 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=W/2k=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’=N2 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’=LM2△x 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 数据处理: 列出原始数据和中间结果的表格。 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

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=(Dm 2－ Dn 2 )/4(m－n) λ (2) A B E O Q 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