牛頓環(huán)干涉實(shí)驗(yàn)中的光學(xué)元件的選擇

牛頓環(huán)干涉實(shí)驗(yàn)中的光學(xué)元件的選擇

0光學(xué)干涉實(shí)驗(yàn)在生物大學(xué)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，牛頓環(huán)干擾實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)必要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。我知道中國(guó)的許多大學(xué)的力學(xué)研究項(xiàng)目都是在光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)方法是首先，將每個(gè)光學(xué)構(gòu)件安裝在二維或3d材料的底部，沿著光學(xué)平臺(tái)的方向配置光路徑，并根據(jù)光學(xué)平臺(tái)的方向配置光路徑。同時(shí)，調(diào)整光路徑，獲得理想的干涉方案。然后，使用熒光透視顯微鏡確定干擾環(huán)的直徑，然后間接測(cè)量凸透鏡的曲率半徑。為了提高實(shí)驗(yàn)效率和測(cè)量精度，一些教師將cd成像技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)。一些教師將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法改為透射方式，每個(gè)光學(xué)平臺(tái)都配備了一套完整的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一些教師在c和ps相機(jī)上提供圖像采集和處理所需的系統(tǒng)。這些改進(jìn)和探索可以改善干預(yù)圖像的觀察效果，便于數(shù)據(jù)收集和處理，對(duì)引入和指導(dǎo)牛頓環(huán)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證非常有益。但是筆者以為,此實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是如何能夠快速調(diào)節(jié)光路,得到理想的干涉圖樣,如果沒(méi)有得到理想的干涉圖樣,即使引進(jìn)這些先進(jìn)的觀測(cè)系統(tǒng),也不能提高效率及測(cè)量精度,并且引進(jìn)這些先進(jìn)的觀測(cè)系統(tǒng)需要的費(fèi)用很大,對(duì)大多數(shù)高等院校尤其是實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)比較缺乏的地方高校并不適用.筆者對(duì)利用光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做牛頓環(huán)干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)容易出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析,并簡(jiǎn)單介紹如何快速調(diào)節(jié)光路,得到理想干涉圖樣的兩種調(diào)節(jié)技巧.1牛頓環(huán)面和光軸垂直在光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做牛頓環(huán)干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),實(shí)驗(yàn)裝置(反射式)如圖1所示,此實(shí)驗(yàn)中要想得到理想的干涉圖樣,各光學(xué)元件必須滿足如下條件:(1)玻璃片M與光軸的夾角為45°;(2)玻璃片M的反射率與透射率各占50%;(3)各光學(xué)元件要求共軸等高;(4)牛頓環(huán)面和光軸垂直;(5)干涉圓環(huán)的中心在牛頓環(huán)儀的中心.在光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做此實(shí)驗(yàn)時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:(1)能夠分辨的干涉圓環(huán)數(shù)目少,一般是20個(gè)左右,并且干涉圓環(huán)多為左右兩邊相對(duì)環(huán)心不對(duì)稱,一邊清楚一邊模糊,這主要是由于各光學(xué)元件沒(méi)有達(dá)到共軸等高要求,并且牛頓環(huán)面和光軸不垂直.(2)視場(chǎng)暗淡,主要原因是玻璃片M的反射率太低,或者是玻璃片M與光軸夾角不是45°,或者是各光學(xué)元件沒(méi)有達(dá)到共軸等高要求,沒(méi)有反射光線進(jìn)入顯微物鏡.(3)視場(chǎng)中根本找不著干涉圓環(huán),主要原因是干涉圓環(huán)在目鏡視場(chǎng)之外(干涉圓環(huán)中心不在牛頓環(huán)儀中心),或者安排光路時(shí)出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤.筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對(duì)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)干涉裝置稍加改進(jìn),總結(jié)出兩種快速調(diào)節(jié)光路,得到理想干涉圖樣的調(diào)節(jié)方法及調(diào)節(jié)技巧,解決了以上實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題.2銀膜光透射法分離m/m在牛頓環(huán)干涉裝置中,用邁克耳孫干涉儀中的分光板M1代替平玻璃片M,分光板M1的背面鍍有銀膜,當(dāng)實(shí)驗(yàn)所用鈉黃光入射到M1的銀膜面時(shí),有50%的能量反射,50%的能量透射,這樣就解決了由于玻璃片M的反射率太低形成的顯微目鏡視場(chǎng)暗淡,學(xué)生視力容易疲勞的問(wèn)題,減小了環(huán)紋計(jì)數(shù)誤差.3干預(yù)圖紙的適應(yīng)方法和適應(yīng)性3.1分光板m1與光軸的連接(1)先打開(kāi)鈉光燈預(yù)熱,借助室內(nèi)燈光用眼睛直接觀察牛頓環(huán)儀,調(diào)節(jié)框上的螺旋使干涉圓環(huán)呈圓形,并位于透鏡中心,調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡,使目鏡中看到的叉絲和刻度線同樣清楚,以后不再改變鏡筒長(zhǎng)度,然后,將各光學(xué)元件固定在底座上,為了便于調(diào)節(jié),牛頓環(huán)儀和讀數(shù)顯微鏡固定在三維底座上,分光板M1固定在二維底座上,光軸方向與米尺方向相同.(2)先將讀數(shù)顯微鏡直接對(duì)準(zhǔn)牛頓環(huán)儀,目測(cè)讀數(shù)顯微鏡和牛頓環(huán)儀共軸等高,然后由近到遠(yuǎn)緩慢移動(dòng)顯微鏡,在目鏡視場(chǎng)中找到牛頓環(huán)儀所成的像,調(diào)節(jié)三維底座使像位于視場(chǎng)中央,然后松開(kāi)固定牛頓環(huán)儀的螺絲,一邊觀察成像,一邊稍微調(diào)節(jié)一下牛頓環(huán)面,使牛頓環(huán)儀所成的像盡量為一理想的像(物和像相似),這樣就能保證牛頓環(huán)面和光軸垂直,并且使讀數(shù)顯微鏡和牛頓環(huán)儀達(dá)到共軸等高.(3)將分光板M1插入讀數(shù)顯微鏡和牛頓環(huán)儀之間,目測(cè)分光板M1與光軸成45°角,調(diào)節(jié)二維底座,按照?qǐng)D1用鈉黃光直接照射分光板M1,不用再找干涉圓環(huán),目鏡視場(chǎng)中馬上就會(huì)出現(xiàn)干涉圖樣,如果視場(chǎng)很亮或很暗,可以稍微改變一下分光板M1的方位,直到目鏡視場(chǎng)強(qiáng)度剛好適應(yīng)自己的眼睛,這樣就能滿足分光板M1與光軸的夾角為45°.(4)經(jīng)過(guò)以上調(diào)節(jié),就可得到理想的干涉圓環(huán),接下來(lái)利用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量干涉圓環(huán)的直徑,進(jìn)而測(cè)出凸透鏡的曲率半徑.3.2兩、—方法二(1)同方法一第一步.(2)按照?qǐng)D1將讀數(shù)顯微鏡、分光板M1及牛頓環(huán)儀盡量靠近,用眼睛粗調(diào)到共軸等高,用鈉黃光直接照射分光板M1時(shí),顯微鏡目鏡視場(chǎng)中出現(xiàn)黃色視場(chǎng)(只要光路沒(méi)有明顯錯(cuò)誤),這一步學(xué)生都能做到,然后由近到遠(yuǎn)緩慢移動(dòng)顯微鏡,盡可能找到清晰的干涉圓環(huán).一般情況下干涉圓環(huán)都是左右兩邊不對(duì)稱,并且一邊清楚一邊模糊,這時(shí)松開(kāi)固定牛頓環(huán)儀的螺絲,一邊通過(guò)目鏡觀察干涉圓環(huán),一邊稍微轉(zhuǎn)一下牛頓環(huán)面,使干涉圓環(huán)兩側(cè)同樣清楚,并且相對(duì)環(huán)心對(duì)稱分布,這樣讀數(shù)顯微鏡、分光板M1及牛頓環(huán)儀就達(dá)到了共軸等高的要求,同時(shí)光軸垂直于牛頓環(huán)面.(3)調(diào)節(jié)視場(chǎng)光強(qiáng)度.如果目鏡視場(chǎng)很亮或很暗,可以松開(kāi)固定分光板M1的螺絲,稍微改變一下分光板M1的方位,直到目鏡視場(chǎng)光強(qiáng)度剛好適應(yīng)自己的眼睛,這時(shí)分光板M1與光軸間夾角接近45°.(4)同方法一最后一步.4薄膜干涉調(diào)節(jié)技巧(1)能夠分辨的干涉圓環(huán)數(shù)目增多,亮暗圓環(huán)清晰,可見(jiàn)度高.能夠分辨的干涉圓環(huán)由原來(lái)的20個(gè)環(huán)左右增加到40到50個(gè)環(huán),測(cè)量凸透鏡曲率半徑時(shí),相對(duì)誤差由原來(lái)的3%左右降低到1.8%左右.(2)干涉圖樣調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單,快捷.只要掌握調(diào)節(jié)技巧,只需要幾分鐘時(shí)間就可得到理想的干涉