牛顿干涉仪(等厚干涉)

    干涉仪是根据光的干涉原理制成的计量仪器，它以光波作为测量尺度，将被测物理量转化为光程差，最终以干涉条纹反映被测信息。

    作为计量仪器，干涉仪具有高精度、高灵敏度和非接触式测量等优点。

根据不同的测试方式的出现随之形成了具有各自特点的干涉仪。

牛顿干涉仪

    1675年，牛顿在进一步考察胡克研究的肥皂泡薄膜的色彩问题时观察到一种干涉现象，将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环，这些同心圆环因此被称为牛顿环，牛顿干涉仪也因此得名。

1.  牛顿干涉仪的基本原理

图1：牛顿环形成示意图及牛顿环图

    图1(a)为牛顿环形成示意图，这是一种典型的等厚干涉装置。单色平行光垂直入射至平凸透镜的平面，其中凸面反射光和平行平板上表面反射光之间发生干涉，在空气间隙很小的情况下，间隙厚度d相同的位置具有相同的光程差，因而将对应同一干涉条纹，从而使干涉图样呈圆环状。图1(b)所示为典型的牛顿环条纹图。

    牛顿环圆心在接触点，在接触点O处的光程差为零，此处产生零级条纹。从反射光观察，由于光在平板表面反射时会产生π/2的相位突变，因此看到的牛顿环中心是暗条纹，而从透射光看到的牛顿环中心是明条纹。若用白光照射，则会观察到彩色牛顿环光谱。

    实际上，任意两个光学表面相接触，并用单色光照明的装置都可以称为牛顿干涉仪。在各种形式的牛顿干涉仪中，人们关心的主要是通过观察和识别类似牛顿环的干涉条纹来判别两个接触表面中间空气间隙厚度的不均匀性。

图2：牛顿干涉仪典型装置

    图2所示为一典型的牛顿干涉仪装置。扩展光源经分束器反射后入射至平凸透镜和平行平板，在空气间隙处产生光程差，产生牛顿环条纹，经过放大镜后可被人眼观察。

2．光学车间检验中的牛顿干涉仪应用

2.1 牛顿干涉仪测量透镜曲率半径或波长

    选取第n与第n+m条纹作为依据，从而根据已知参数可求出透镜的曲率半径r和波长λ。

2.2 牛顿干涉仪检验透镜

    抛光阶段的光学透镜表面(球面)检测是牛顿干涉仪最重要的应用之一。标准样板常被用来检验透镜表面质量和曲率半径误差。图3为样板检验平凸透镜凸面示意图，若不出现牛顿环则表明两者表面密合，即达到标准要求。若出现牛顿环则表明被测曲率半径不等于标准值，牛顿环越多表明误差越大。其中零级暗条纹出现在样板与被测面贴合处，由此可判断被测曲率半径与标准值的大小。另外，通过牛顿环的变形和扭曲也可以判别出被测表面面形质量。

图3：样板检验平凸透镜凸面示意图

凸面与凹面的检测原理分别如图4(a)与(b)所示：

图4：样板检验凸面与凹面原理图

    当被检透镜表面与样板面之间产生空气间隙，两者之间的光程差将导致牛顿环的产生，通过牛顿环条纹计数可推断被检曲率半径与样板曲率半径之差。

《等厚干涉(牛顿环测半径)》

《曲率半径R公差与光圈N的换算》

《曲率半径R与光圈数N转换公式》

《分振幅干涉：等厚干涉与等倾干涉》

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