牛顿环
Newton Ring
在电阻式触摸屏和液晶显示器的生产加工过程中，时不时地会出现一些彩虹纹，弄得不少在现场管理的工艺技术人员神魂颠倒。不是因为这彩虹纹太美丽，而它是优良品质的美丽杀手。这些彩虹纹就是一种光学干涉现象：牛顿环。牛顿环是一种薄膜干涉现象。它与前面讲到的等倾干涉有所不同，是一种等厚干涉。它的干涉图样是一些明暗相间的同心圆环。
实验装置
读数显微镜（如图1所示）、平凸透镜（如图2所示）或平凹透镜、钠光灯。
图1 读数显微镜
图2 平凸透镜
现象观察
平行光源照射到牛顿环上，经牛顿环反射后，进入一个投影物镜，可在目镜上套一个摄像头，最后成像在屏幕上。
我们观察到干涉花样有如下特点：
1.是明暗相间的圆条纹，中间疏，愈往外愈密，如图3所示。
2.由于是用反射光观察干涉现象，中心是暗纹。
3.如果改用透射光，干涉图案中心是亮纹且对比度很低，但不易观察，如图4所示。
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图3 用反射光观察牛顿环
图4 用透射光观察牛顿环
现象解密
光的干涉、衍射和偏振现象是光的波动性的典型实验证据。牛顿环干涉属于等厚干涉，如果空气膜在某个厚度上满足从前后两表面反射的光的光程差为入射光波长的整数倍，就出现干涉相长，即亮纹；若空气膜在某个厚度上满足从前后两表面反射的光的光程差为入射光半波长的奇数倍，则出现干涉相消，即暗纹。由于牛顿环的结构是由一个平面和一个球面组成的，所以相同厚度的空气膜是一系列半径不同的同心圆环，干涉条纹呈环形也就不难理解了。空气膜在中心处厚度虽然为零，但前表面是从光密到光疏物质的反射，而后表面是从光疏到光密物质的反射，根据菲涅耳公式，后者有半波损失，所以这两束反射光的光程差满足干涉相消条件，中心为暗。如用透射光观察就不存在半波损失，零厚度的中心为亮纹，但此时两相干反射光的振幅相差悬殊，对比度很低，不易观察。
应用拓展
1.我们可以利用牛顿环的干涉原理，检验光学平面或球面加工质量的优劣。
2.利用等厚干涉原理，我们在光学镜头表面镀上一层等厚介质膜，如果膜的厚度满足相消干涉，可起到增透的作用；如果膜的厚度满足相长干涉，可起到增反的作用。
3.光学仪器中常用的干涉滤光片就是镀了多层等厚膜，如图5所示。
图5 各种干涉滤光片
思考题
1.为什么平凸玻璃的凸面曲率半径一定很大？
2.为什么牛顿环干涉图样一定是空气膜形成的？
3.利用透射光观察牛顿环的干涉条纹和用反射光观察的干涉条纹有何区别？为什么？
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