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牛顿环现象及其应用

2010-06-21 23:43阅读:
牛顿环现象及其应用
管理科学与工程学院 工094班 吴灿  学号s099094126
牛顿环作是牛顿在经典光学中首先解释的著名的光学现象,采用分振幅法来获取相干光——利用光学玻璃表面围成的厚度不均的空气薄膜的上下表面对入射光的反射将同一束光分解成几部分、经过不同的路径后再叠加。相互叠加的反射子光束之间的光程差与反射处空气薄膜的厚度有关,干涉条纹的分布与空气薄膜厚度的分布相对应,为等厚干涉。
  在薄膜表面上相长干涉处光强大,因而亮;在相消干涉处光强小,因而暗,形成干涉图样。两条光线在相遇点的光程差只取决于该处薄膜的厚度d,因此干涉图样中同一干涉条纹对应于薄膜上厚度相同点的连线,这种条纹称为等厚干涉条纹。
在一块平面玻璃与一块曲率半径很大的平凸透镜之间形成一个上表面是球面,下表面是平面的空气薄膜,当用单色光垂直照射时,从上往下观察会看到以接触点为中心的一组圆形干涉条纹,这是由环空气劈尖上下表面反射的光反射的光发生干涉而形成的条纹。由于以接触点为中心的任一圆周上,空气层的厚度是相等的,因此这种条纹是等厚干涉条纹,称为牛顿环。牛顿环的特征是以接触点为中心的一系列明暗相间、间距逐渐减小的同心圆环,且中心是一暗圆斑。
牛顿环可以用来测量透镜的曲率半径,我们已经做过试验,在光学车间里,还可以用来监测光学元件的表面质量。
常用的玻璃样板检验光学元件表面质量的方法,就是利用与牛顿环相类似的干涉条纹,这种条纹形成在样板表面和待检元件表面之间的空气层上,通常称为“光圈”。根据光圈的形状、数目以及用
手加压后条纹的移动,就可检验出元件的偏差。
用一样板覆盖在待测件上,如果两者完全密合,即达到标准值要求,不出现牛顿环。如果被测件曲率半径小于或大于标准值,则产生牛顿环。圆环条数越多,误差越大;若条纹不圆,则说明被测件曲率半径不均匀。此时,用手均匀轻压样板,牛顿环各处空气隙的厚度必然减小,相应的光程差也减少,条纹发生移动。若条纹向边缘扩散,说明零级条纹在中心,得知被测件曲率半径小于标准件;若条纹向中心收缩,说明零级条纹在边缘,得知被测件曲率半径大于标准件。这样,通过现场检测,及时判断,再对不合格元件进行相应精加工研磨,直到合乎标准为止。
同时,可以借此来进行透镜表面凹凸的判断

图一 干涉条纹的移动
例如用一平玻璃和一凸透镜或者一凹透镜贴在一起,所形成的干涉环都是圆环,从干涉环上无法判断两块透镜谁凸,谁凹。为此可用手在其边缘加压,若干涉圆环向边缘移动,则表示下面的玻璃是凸的。若干涉圆环向中心收缩,则表示下面的玻璃是凹的。这中间的道理只要看其间空气隙厚度的变化即可明了。
若元件件中心比边缘高,则在边缘加压时,如图一所示。零件表面的形状就会从曲面AOB变成虚线A′O′B′,即空气膜由厚变薄。因此,相应各点光程差也变小,条纹的干涉级次亦随之降低。所以原来靠近中心的低级次圆环现在就要向边缘(向外)移动了。所以由于边缘加压,使空气隙厚度改变,条纹亦随之起变化,形成新的条纹分布,且空气隙厚度每改变 ,就会移动一个条纹。
  总之,牛顿环在现实生活中的应用广泛。在实验室中用牛顿环来测定光波的波长或平凸透镜的曲率半径,用牛顿环产生的干涉条纹测量液体的折射率;在工业上则利用牛顿环来检测透镜的加工质量,等等

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