光的干涉测量薄膜厚度

4)假如把单色光换成白光,想看到干涉条纹必须满足什么 条件 。 如果用白光作为光源(因为白光是有好几种光组成的,单一 的光受干涉波动比较小,多种光受的干涉比较大,就丰富了, 之间的差别就更明显,参照性更强.如果单纯的一种光源,对 比性不够强,很多内部的区别表现不够明显……),无论是 电光源还是面光源,要看到干涉条纹,必须满足光程差小于 光源的相干长度的要求,即2d c o s i<ΔL.对于具有连续 光谱的白光,ΔL极小,因而仅当d约等于0时,才能看到彩色 的干涉条纹。
实验.测量1A薄膜厚度
一，实验目的：测量1A薄膜的厚度 二，实验工具：迈克尔逊干涉仪，厚度未知折射率为n的 透明薄膜 三，实验原理：利用试验时两条光路的光程差 和试验时条纹前后条纹移动数N条。最后利用公式： n(D-d)=N人
熟悉了解迈克尔逊干涉仪
主要内容：
1. 了解迈克尔逊干涉 仪结构及原理 2.仪器的调节
1.
迈克尔逊干涉仪光路及结构
反射镜 M1
M1 M2
反 射 镜 M2
M1 移动导轨
单 色 光 源 分光板 G1
补偿板 G 2
成 45 角
G1//G 2 与 M1 , M2
M 2 的像 M'2
反射镜 M 1
单 色 光 源
d
M1 M2
反 射 镜 M2
G1
G2
当 M1 垂直于 M 2 时，可形成等倾 干涉条纹.
知道了用上面的方法来测折射率就很容易求得一个玻璃薄 片的厚度,跟上面的第一跟第二个步骤是一样的,第三个步 骤只需把除以介质的厚度改成折射率就可以求得该介质的 厚度了. (2)转动手轮时干涉条纹吞吐以及干涉条纹的疏密的原因 是什么 1.在两光源非常近的时候(极限情况重合),两光源到轴外 点的距离差异与两光源到平面中心点的距离差异近乎相同 差值很小,意味着光程差在很大的角度内变化不大,条纹疏. 2.当两个光源距离比较远时(比如说考虑成一个光源就在 平面上,令一个光源与之有一定距离):两光源到轴外点的 距离差异与两光源到平面中心点的距离差异相比较可知差 别较大,意味着光程差在于第一种情况相同的角度区间中 变化要大,条纹密。
(4)测薄膜厚度
空气 n 1
L d 2n l
n1 n1
n
d
L
l

e ek 1 ek 2n
实验步骤及内容 1.将实验仪器平整放置 2.将薄膜夹在劈尖一端 3.用已知波长单色光竖直照射 4.观察干涉图样并数出从劈尖一端到另一端明条纹数目k 5.利用公式：
M1 M2'
M1
M2' M1
M2' M1
M'2 M1
d
光程差
Δ 2d
n
G1
G2
M2
插入介质片光程差
Δ' 2d 2(n 1)t
光程差变化
t
Δ' Δ 2(n 1)t
M'2 M1
d
2(n 1)t k
n
G1
G2
M2
干涉条纹移动数目 介质片厚度
t
k t n 1 2
干涉 条纹 移动 数目
干涉条纹的移动
当 M1 M M2 M1 与2 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 .
等倾干涉条纹
M1 M2'
M 1 与 M 2 '重 合
M2' M1
等厚干涉条纹
光程差 Δ 2 d
M'2
反射镜 M1
当 M1不垂直于M 2 时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹. 反 射 镜 M2
单 色 光 源
G1
G2
迈克尔逊干涉仪的主要特性
(1)两相干光束完全分开； (2)两光束的光程差可调. M'2 d M1 d
移动反射镜
d k
M1

2
G1
G2
M2
移 动 距 离
参考文献： 1 姚安居，吴庆州.普通实验.中国矿业大学出版社。 2 刘尚晋,普通物理实验．武汉工业大学出版社。 3 林抒,普通物理实验． 高等教育出版社。
实验方法二
利用等厚干涉测量薄膜厚度 实验目的：测量1A薄膜厚度 实验工具：劈尖干涉仪，薄膜
小结：劈尖干涉条纹特点
迈克尔逊干涉仪的 应用
微小位移测量
d N

2
可测量10^-7m 的微小位移
测波长
2d N
测折射率
2(n 1)l N
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迈克尔逊干涉仪实验论文 袁同庆 网络一班 090602143 摘要：物理实验课的开设对激发学生的求知欲,拓宽其知 识面,培养其创新思维能力等方面都具有重要意义.本文以 迈克耳逊干涉仪实验为例,讨论了怎么利用迈克尔逊干涉 仪测量透明介质的折射率和厚度 还讨论了转动手轮时干 涉条纹的吞吐以及干涉条纹的疏密的原因,而且还对能否 用点光源做该实验以及把单色光换成白光来做此实验想看 到干涉条纹所满足的条件做出了讨论。 关键字:折射率,厚度,干涉条纹吞吐,点光源,白光干涉
设厚度为e，折射率为n，把薄膜放到其中一条光路上， 光经过薄膜，光程差改变2(n-1)e，再数出并记下实验 前后干涉条纹移动条数k 再利用公式：2(n-1)e=kλ 进行计算 记下实验结果 数据处理
• 【注意事项】
1、 任何光学面不得用手摸，如需要用镜头纸轻轻擦拭。
2、 本实验的重点和难点是粗调即步骤③，需反复调节M1和 M2背面的三个螺钉，但必须均匀调节，否则会造成仪器的损 坏。 由于迈克尔逊干涉仪的测量精度较高，反方向转动微动手轮测 量另一组数据时，一般需要转动20多圈方可消除“空回误差”， 这时也可直接反方向转动粗动手轮达到消除“空回误差”的目 的
1. 条纹级次 k 随着劈尖的厚度而变化，因此这种干涉 称为等厚干涉。条纹为一组平行于棱边的平行线。
2. 空气劈尖由于存在半波损失，棱边上为零级暗纹。
2nek

2
k (k 1)
ek
2nek 1

2
ek 1
e
相邻条纹所对应的厚度差： e ek 1 ek 2n
这学期,我们做了光学部分以及近代物理相关的实验,下面 就对迈克尔逊干涉仪这个实验做深入讨论.通过做这个实 验,我熟悉了迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理,掌握了迈 克尔逊干涉仪的调节方法,观察到了等倾干涉条纹,并且测 量到了半导体激光的波长,还了解到了时间的相干,但深入 思考,想到了一下几个问题: (1)怎么利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质的折射率，怎 么用迈克尔逊干涉仪测量一个玻璃薄片的厚度。 (2)转动手轮时干涉条纹吞吐以及干涉条纹的疏密的原因 是什么
由M1反射回来的光波在分光板G1的第二面上反射时,如 同平面镜反射一样,使M1在M2附近形成M1的虚像M1′, 因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反射相当于自 M2和M1′的反射.由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产生 的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的. 当M2和M1′平行时(此时M1和M2严格互相垂直),将观 察到环形的等倾干涉条纹.一般情况下,M1和M2形成一空 气劈尖,因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条 纹).
(1)怎么利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质的折射率 怎么 用迈克尔逊干涉仪测量一个玻璃薄片的厚度 现就假如已知某透明介质的厚度,要测该透明介质的折射 率,我们可以通过以下步骤来实现: ①以钠光为光源调出等倾干涉条纹。 ②移动M2镜,使视场中心的视见度最小,记录M2镜的位置; 在反射镜前平行地放置玻璃薄片,继续移动M2镜,使视场 中心的视见度又为最小,再记录M2镜位置,连续测出6个视 见度最小时M2镜位置。 ③用逐差法求光程差Δd的平均值,再除以该透明介质得厚 度,就是折射率。
(3)迈克尔逊干涉仪实验能否用点光源 为什么。 (4)假如把单色光换成白光,想看到干涉条纹必须满足什 么条件。 从扩展光源S射来的光在G1处分成两部分,反射光⑴经G1 反射后向着M2前进,透射光⑵透过G1向着M1前进,这两 束光分别在M2,M1上反射后逆着各自的入射方向返回,最 后都达到E处.因为这两束光是相干光,因而在E处的观察者 就能够看到干涉条纹.
四，实验内容及步骤
1。使用前仪器的调节
（一）调整迈克尔逊干涉仪，观察非定域干涉、等倾干涉 的条纹 ① 对照实物和讲义，熟悉仪器的结构和各旋钮的作用；
② 点燃He—Ne激光器，使激光大致垂直M1。这时在屏 上出现两排小亮点，调节M1和M2背面的三个螺钉，使 反射光和入射光基本重合（两排亮点中最亮的点重合且与 入射光基本重合）。这时，M1 和M2大致互相垂直，即 M1／、M2大致互相平行。
上述第2种情况可轻松的看出:两光源到轴外点的距离差比 到平面中心点的距离差有减小的趋势,因此可判断:内环为 干涉高级次,外环为干涉低级次. 判断吞吐环:光程差增大,意味着环心干涉将由低级次变为 高级次.由上面的同心环级次排布可知,原来的低级次环必 定外移,意味着中心是吐环.反之吞环. (3)迈克尔逊干涉仪实验能否用点光源 为什么 不能.理论上是用平行光,如果用点光源当然也必然会有干 涉现象,但是不利于观察.当然如果点光源也能和太阳一样 就没问题,一是要光够强,二是距离够远,达到干涉位置的时 候能近似平行光.但是现实中是不可能有这种光源的,所以 不可以用电光源来代替.
2nek
计算出结果
2
k
劈尖干涉的应用 1.检查光学元件平整度 2.测量薄膜厚度 3.小角度测量
，它的作用是将一束激光汇 聚成一个点光源，调节扩束物镜组的高低、左右位置使扩 束后的激光完全照射在分光板G1上。这时在观察屏上就 可以观察到干涉条纹（如完全没有，请重复上面步骤）再 调节M1下面的两个微调螺丝使M1／、M2更加平行，屏 上就会出现非定域的同心圆条纹。
2.将薄膜放入光路进行实验