(37)劈尖、-牛顿环和干涉仪

波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪根据具体情况而定2/sin222122inndΔ反薄膜干涉条纹1等厚薄膜等倾干涉条纹（薄膜厚度均匀，即d固定，则Δ由i决定，i相同，干涉条纹级别相同。）2非等厚薄膜（如：劈尖、牛顿环）等厚干涉条纹（薄膜厚度相同处的反射光将有相同的光程差，产生同一干涉条纹，或者说，同一干涉条纹是由薄膜上厚度相同处所产生的反射光形成的，这样的条纹称为等厚干涉条纹。）波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪1n3n2n一、劈尖干涉1、装置有两个表面很平的介质片（如玻璃片），一端相交，其间的夹角θ很小，形成一个劈尖形的透明薄膜，称为劈尖膜。~451010rad：劈尖角波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪SMDTL劈尖角l空气劈尖装置棱边n单色平行光垂直照射劈尖，入射光经劈尖上、下表面反射，两束反射光在上表面相遇而产生干涉。波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪注意：经玻璃片反射后的光不能发生干涉。1n3n2ne2、条纹条件（以空气劈尖为例）312nnn，222enΔΔ,2,1,kk明纹,1,0,2)12(kk暗纹enk2)21(nk2（明纹）（暗纹）波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪Ln1nD劈尖干涉nn1bb2/n讨论1）劈尖2Δ0e为暗纹.2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差221niineee3）条纹间距nb2波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动干涉条纹的移动深入讨论nb2波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪Lnb例有一玻璃劈尖,放在空气中,劈尖夹角rad1085,用波长的单色光垂直入射时,测得干涉条纹的宽度,求这玻璃的折射率.nm589mm4.2b解nbbn2253.1m104.21082m1089.5357nbn2波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪1）干涉膨胀仪0l劈尖干涉的应用l测量固体线膨胀系数如果观察到某处干涉明纹（或暗纹）移过了N条，即样品高度增长了Δl，为:2lN根据线膨胀系数的定义00()lltt002()Nltt深入讨论波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪劈尖干涉的应用2）测膜厚is2iosAB11n33.42ne571n2.423n3.2,1,02/)12(02kkkne暗纹明纹棱边A处e=00级明纹8条暗纹分别为k=0～7，B处明纹应为k=8。822Ben即：228neB22nNeB由棱边A到B处有N条明纹波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪e3）检验光学元件表面的平整度2'bbe6231b'bla工件标准平面缺陷为凸起（凹陷）时，干涉条纹弯曲背离（指向）棱缝波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪la工件标准平面例：在工件上放一标准平面玻璃，使其间形成一空气劈尖，并观察到弯曲的干涉条纹。试：判断工件表面上纹路是凹还是凸？并求：纹路深度H。解：由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，由图的纹路弯曲情况知，工件表面的纹路是凹下去的。H2laH由图：H=asin因：lsin=/2,纹路深度为：检验工件表面的平整度波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪1nn1nLd空气1n4）测细丝的直径b将金属丝夹在两薄玻璃片之间，形成劈尖，用单色平行光照射形成等厚干涉条纹。Ldsin由：nb2sinbLnd2得：波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪d二牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪牛顿环实验装置显微镜SLRrdM半透半反镜T波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪R22222)(ddRdRRr02ddRRΔdRr)2(222dΔ光程差Δ),2,1(kk明纹),1,0()21(kk暗纹rdRkr)21(kRr暗环半径明环半径以空气的为例波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于的液体中，条纹如何变？1n),2,1,0(k暗环明环),3,2,1(kRkr)21(kRr讨论空气的波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪2n3n321nnn1nnn4）半波损失需具体问题具体分析波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪将玻璃验规盖于待测镜头上，两者间形成空气薄层，因而在验规的凹表面上出现牛顿环，当某处光圈偏离圆形时，则该处有不规则起伏。验规5）牛顿环应用：检测光学镜头表面曲率是否合格工件标准件波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪Rr测量透镜的曲率半径可以用来测量光波波长，曲率半径等.kRrk2Rmkrmk)(2mrrRkmk22r2波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪例用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第个k暗环的半径为5.63mm,第k+5暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R.解kRrkRkrk)5(52255kkrrRm0.10nm6335)mm63.5()mm96.7(522225kkrrR波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪单色光源21MM反射镜2M反射镜1M三、迈克耳孙干涉仪2G补偿板分光板1G移动导轨1M21M,M与成角04521//GG波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪反射镜2M反射镜1M单色光源1G2G光程差dΔ2的像2M'2Md21MM情况（一）厚度均匀的薄膜、等倾干涉条纹一束光分振幅形成的两束光的光程差，就相当于由M1和M2'形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪当不垂直于时形成劈尖薄膜的等厚干涉条纹.1M2M反射镜2M反射镜1M1G2G单色光源2M'21MM不垂直情况（二）波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪相当于虚拟空气膜上下两个面上的反射光的干涉条纹.②当M1'与M2不平行时，将看到平行于M1'和M2交线的等间距的直线形等厚干涉条纹。厚等2M2M2M2M/1M/1M/1M/1M迈克尔逊干涉仪的干涉条纹的特点①调节镜面就有可能得到d=0，d=常数，d常数（类似劈尖）对应的薄膜等倾或等厚干涉条纹。波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪③当M1'//M2时，它们之间的空气膜厚度一样，形成圆形等倾条纹。当d较大时，观察到等倾圆条纹较细密，整个视场中条纹较多。倾等2M2M2/1MM与2M2M重合/1M/1M/1M/1M波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪干涉条纹的移动①等倾干涉时：当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀。2M1M条纹移动1条d改变Δ改变λ2②等厚干涉时：当与之间距离变大时，将看到明（或暗）条纹从视场中移过。2M1M◆两种方法改变两光束的光程差：（1）移动反射镜；（2）在某条光路中加入介质片波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪1G2Gd2M'2M1M干涉条纹移动数目（1）移动反射镜的方法改变两光束的光程差移动距离1Md2kd移动反射镜波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪1G2Gd2M1M2M'tndΔ)1(22'插入介质片后光程差光程差变化tnΔΔ)1(2'ktn)1(2干涉条纹移动数目21nkt介质片厚度tn光程差dΔ2（2）在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪解：设空气的折射率为n条纹移动一条时所对应的光程差的变化为一个波长。例：10cm长的真空玻璃管A和B，A充气过程中观察到有107.2条条纹移动，求：空气的折射率。1M2MAB真空546nm逐渐充至一个大气压2(1)107.2ln107.212nl所以：1.00029272(1)ln22nll光程差的变化：波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪瓦斯室空气室空气室若B室充满空气，A室逐渐充入待测瓦斯，可根据干涉条纹移动的数目检测瓦斯的浓度。一个现实的、紧凑的光路设计波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪当光程差为光波长的十分之一时，通过肉眼在观察镜中就能观察到干涉条纹的移动，因此迈克尔逊干涉仪是一种十分精密的测量仪器。历史上，迈克尔逊曾用他的干涉仪做了著名的迈克尔逊—莫雷实验，并最先以光的波长测定了国际标准米尺长度。迈克尔逊因发明这种干涉仪和在光谱学、计量学等方面的研究，而获得1907年度诺贝尔物理学奖。迈克尔逊－莫雷实验，否定了以太参照系的存在，使经典物理学的绝对时空观受到了严重的挑战，为狭义相对论的建立提供了实验基础。波动光学（37）劈尖、牛顿环和干涉仪后来发现氪的橙色谱线较镉的红色谱线更为精细。1960年10月在巴黎召开的第11届国际计量大会规定：迈克尔逊用他的干涉仪测量了保存在巴黎的米原器的长度1米=1553163.5倍镉红光的波长为此，迈克尔逊在1907年获得了诺贝尔物理学奖随着光速测量精度的提高，国际上规定，将光在真空中飞行c-1秒的长度定义为1标准米。1米=1650763.73倍橙光波长