牛顿环干涉实验中的光学元件的选择

牛顿环干涉实验中的光学元件的选择

0光学干涉实验在生物大学的光学实验中，牛顿环干扰实验是一项必要的基础实验。我知道中国的许多大学的力学研究项目都是在光学实验平台上进行的。实验方法是首先，将每个光学构件安装在二维或3d材料的底部，沿着光学平台的方向配置光路径，并根据光学平台的方向配置光路径。同时，调整光路径，获得理想的干涉方案。然后，使用荧光透视显微镜确定干扰环的直径，然后间接测量凸透镜的曲率半径。为了提高实验效率和测量精度，一些教师将cd成像技术应用于实验。一些教师将传统的实验方法改为透射方式，每个光学平台都配备了一套完整的网络系统，一些教师在c和ps相机上提供图像采集和处理所需的系统。这些改进和探索可以改善干预图像的观察效果，便于数据收集和处理，对引入和指导牛顿环的实验验证非常有益。但是笔者以为,此实验的关键是如何能够快速调节光路,得到理想的干涉图样,如果没有得到理想的干涉图样,即使引进这些先进的观测系统,也不能提高效率及测量精度,并且引进这些先进的观测系统需要的费用很大,对大多数高等院校尤其是实验经费比较缺乏的地方高校并不适用.笔者对利用光学实验平台做牛顿环干涉实验时容易出现的常见问题进行分析,并简单介绍如何快速调节光路,得到理想干涉图样的两种调节技巧.1牛顿环面和光轴垂直在光学实验平台上做牛顿环干涉实验时,实验装置(反射式)如图1所示,此实验中要想得到理想的干涉图样,各光学元件必须满足如下条件:(1)玻璃片M与光轴的夹角为45°;(2)玻璃片M的反射率与透射率各占50%;(3)各光学元件要求共轴等高;(4)牛顿环面和光轴垂直;(5)干涉圆环的中心在牛顿环仪的中心.在光学实验平台上做此实验时,经常会出现以下问题:(1)能够分辨的干涉圆环数目少,一般是20个左右,并且干涉圆环多为左右两边相对环心不对称,一边清楚一边模糊,这主要是由于各光学元件没有达到共轴等高要求,并且牛顿环面和光轴不垂直.(2)视场暗淡,主要原因是玻璃片M的反射率太低,或者是玻璃片M与光轴夹角不是45°,或者是各光学元件没有达到共轴等高要求,没有反射光线进入显微物镜.(3)视场中根本找不着干涉圆环,主要原因是干涉圆环在目镜视场之外(干涉圆环中心不在牛顿环仪中心),或者安排光路时出现明显错误.笔者结合多年的教学经验,对牛顿环实验干涉装置稍加改进,总结出两种快速调节光路,得到理想干涉图样的调节方法及调节技巧,解决了以上实验中出现的问题.2银膜光透射法分离m/m在牛顿环干涉装置中,用迈克耳孙干涉仪中的分光板M1代替平玻璃片M,分光板M1的背面镀有银膜,当实验所用钠黄光入射到M1的银膜面时,有50%的能量反射,50%的能量透射,这样就解决了由于玻璃片M的反射率太低形成的显微目镜视场暗淡,学生视力容易疲劳的问题,减小了环纹计数误差.3干预图纸的适应方法和适应性3.1分光板m1与光轴的连接(1)先打开钠光灯预热,借助室内灯光用眼睛直接观察牛顿环仪,调节框上的螺旋使干涉圆环呈圆形,并位于透镜中心,调节读数显微镜的目镜,使目镜中看到的叉丝和刻度线同样清楚,以后不再改变镜筒长度,然后,将各光学元件固定在底座上,为了便于调节,牛顿环仪和读数显微镜固定在三维底座上,分光板M1固定在二维底座上,光轴方向与米尺方向相同.(2)先将读数显微镜直接对准牛顿环仪,目测读数显微镜和牛顿环仪共轴等高,然后由近到远缓慢移动显微镜,在目镜视场中找到牛顿环仪所成的像,调节三维底座使像位于视场中央,然后松开固定牛顿环仪的螺丝,一边观察成像,一边稍微调节一下牛顿环面,使牛顿环仪所成的像尽量为一理想的像(物和像相似),这样就能保证牛顿环面和光轴垂直,并且使读数显微镜和牛顿环仪达到共轴等高.(3)将分光板M1插入读数显微镜和牛顿环仪之间,目测分光板M1与光轴成45°角,调节二维底座,按照图1用钠黄光直接照射分光板M1,不用再找干涉圆环,目镜视场中马上就会出现干涉图样,如果视场很亮或很暗,可以稍微改变一下分光板M1的方位,直到目镜视场强度刚好适应自己的眼睛,这样就能满足分光板M1与光轴的夹角为45°.(4)经过以上调节,就可得到理想的干涉圆环,接下来利用读数显微镜测量干涉圆环的直径,进而测出凸透镜的曲率半径.3.2两、—方法二(1)同方法一第一步.(2)按照图1将读数显微镜、分光板M1及牛顿环仪尽量靠近,用眼睛粗调到共轴等高,用钠黄光直接照射分光板M1时,显微镜目镜视场中出现黄色视场(只要光路没有明显错误),这一步学生都能做到,然后由近到远缓慢移动显微镜,尽可能找到清晰的干涉圆环.一般情况下干涉圆环都是左右两边不对称,并且一边清楚一边模糊,这时松开固定牛顿环仪的螺丝,一边通过目镜观察干涉圆环,一边稍微转一下牛顿环面,使干涉圆环两侧同样清楚,并且相对环心对称分布,这样读数显微镜、分光板M1及牛顿环仪就达到了共轴等高的要求,同时光轴垂直于牛顿环面.(3)调节视场光强度.如果目镜视场很亮或很暗,可以松开固定分光板M1的螺丝,稍微改变一下分光板M1的方位,直到目镜视场光强度刚好适应自己的眼睛,这时分光板M1与光轴间夹角接近45°.(4)同方法一最后一步.4薄膜干涉调节技巧(1)能够分辨的干涉圆环数目增多,亮暗圆环清晰,可见度高.能够分辨的干涉圆环由原来的20个环左右增加到40到50个环,测量凸透镜曲率半径时,相对误差由原来的3%左右降低到1.8%左右.(2)干涉图样调节方法简单,快捷.只要掌握调节技巧,只需要几分钟时间就可得到理想的干涉