光学实验台 · 等厚干涉

空气劈尖条纹与微小厚度测量

b = L / N
θ ≈ λ / (2b)
d ≈ lθ
劈尖—显微镜联动观察 可见度示意,不按真实比例
两玻璃片形成空气劈尖的侧视图 左端接触,右端由细丝撑开,入射光在空气膜上下表面反射后干涉。 单色光 反射光 接触端 细丝 l

左端膜厚接近零,沿劈尖方向膜厚近似线性增加;反射光中会出现与接触棱平行的等厚直条纹。

读数显微镜视场

示意条纹间距:22.0 px 准线用于定位同类条纹中心
厚度步进
Δh = λ / 2
相邻同类条纹对应的空气膜厚度差为半个波长。
多条纹测距
b = L / N
L 是跨越 N 个条纹间隔的总距离。测得越长,单次定位误差的相对影响通常越小。
小角度几何
θ ≈ λ / (2b),d ≈ lθ
只有劈尖角很小时,tanθ ≈ θ,才可使用这组近似式。

把显微镜读数变成细丝直径

输入同类条纹中心之间的测量结果。所有单位先在内部统一,再按不确定度给出恰当位数。

mm

从第一条中心读到最后一条中心

个

公式中的 N 必须是间隔数

上面的 N 记录的是
nm
cm
mm
cm

计算链

实际间隔数20
平均间距 b = L/N0.600 mm
劈尖角 θ0.491 mrad
未修约直径 d49.108 μm
合成标准不确定度 u(d)0.639 μm
建议报告结果 d = (49.1 ± 0.6) μm

计数模式正确:N 表示从起始条纹到终止条纹跨过的间隔数。

先别急着代公式:你数的是线,还是间隔?

显微镜视场里从第1条暗纹中心到第21条暗纹中心。它们之间共有多少个条纹间隔?

先在脑中画三个点:三条线之间只有两个间隔。

结果不稳时,先查系统误差

  • 接触端不理想:玻璃片间有灰尘或端面压紧不均,零级位置会偏移,条纹也可能弯曲。
  • 选错“同类条纹”:暗到亮只跨半个条纹周期,不能和暗到暗使用同一计数。
  • 回程间隙:读数显微镜应沿同一方向逼近条纹中心,避免丝杆换向造成空程。
  • 劈尖并非小角:当 θ 不够小时,d ≈ lθ 的几何近似会带来可观偏差。
这里的不确定度算了什么?

计算面板只传播 u(L) 与 u(l),并把波长和整数计数视为已知。灰尘、玻璃片形变、条纹中心判断偏差等系统影响没有自动包含,不能因为数字末位漂亮就忽略它们。