摘要：牛顿环是光的一种等厚干涉现象，它是牛顿在1675年观察油膜和阳光下的泡沫时发现的。牛顿环的光学结构由一块曲率半径较大的平凸透镜和一块玻璃平板反射镜组成，当用单色光照射透镜与玻璃板时，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环，圆环分布是中间疏、边缘密，且中心为暗斑，特

原创Laser designerHolaser应用2024年12月03日

牛顿环是光的一种等厚干涉现象，它是牛顿在1675年观察油膜和阳光下的泡沫时发现的。牛顿环的光学结构由一块曲率半径较大的平凸透镜和一块玻璃平板反射镜组成，当用单色光照射透镜与玻璃板时，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环，圆环分布是中间疏、边缘密，且中心为暗斑，特点如图1所示。

图1 牛顿环的光学结构和所形成的等厚干涉图样

牛顿环的干涉图样是平凸透镜后表面R2的反射光和玻璃平板前表面的发射光干涉形成的，它在实际制作中，如果想观察到对比度最高的干涉条纹，则应该把平凸透镜后表面的凸面反射率控制在32%，平板玻璃前表面的平面反射率控制在近100%。牛顿环在平板玻璃前表面反射光和平凸透镜后表面发射光之间的光程差为半波长的偶数倍（需考虑半波损失）时，形成干涉条纹为亮条纹，如果为半波长的奇数倍，则形成的干涉条纹为暗条纹。

图2 空气劈尖的光学结构和所形成的等厚干涉图样

牛顿环和图2的空气劈尖都可以在大学物理的等厚干涉实验中应用。下面系列给出国产Holaser激光与光学设计软件对大学物理等厚干涉实验的仿真计算结果如图3-图12所示：

图3 在平凸透镜紧贴玻璃平板，透镜后表面R2反射率为32%情况下，用Holaser计算的牛顿环干涉条纹（RMS对比度69.8%，Michelson对比度99.2%，中心暗斑）

图4 在平凸透镜紧贴玻璃平板，透镜后表面R2反射率为68%情况下，用Holaser计算的牛顿环干涉条纹（RMS对比度47.8%，Michelson对比度67.6%，中心暗斑）

图5 在平凸透镜距离玻璃平板0.25个波长，透镜后表面R2反射率为32%情况下，用Holaser计算的牛顿环干涉条纹（RMS对比度69.4%，Michelson对比度98.4%，中心亮斑）

图6 在平凸透镜紧贴玻璃平板，透镜后表面R2反射率为32%情况，玻璃平板和平凸透镜相比沿水平方向倾斜5mrad情况下，用Holaser计算的牛顿环干涉条纹（RMS对比度69.5%，Michelson对比度99%，中心暗斑）

图7 在平凸透镜距离玻璃平板0.1个波长，透镜后表面R2反射率为32%，玻璃平板和平凸透镜相比沿水平和垂直方向都倾斜5mrad情况下，用Holaser计算的牛顿环干涉条纹（RMS对比度68.9%，Michelson对比度99%，中心亮斑）

图8 在图2平板1后表面反射率为32%情况下，用Holaser计算的空气劈尖干涉条纹（RMS对比度69.5%，Michelson对比度98%）

图9 在图2平板1后表面反射率为68%，平板2和平板1相比沿垂直方向再倾斜1/4劈角 情况下，用Holaser计算的空气劈尖干涉条纹（RMS对比度47.7%，Michelson对比度67.5%）

图10 用Holaser软件调用的一个无规则分布的光学元件波前（RMS波前畸变227nm，PV值1.29个波长）

图11 在平凸透镜紧贴玻璃平板，透镜后表面R2反射率为32%，平面反射镜引入的波前满足图10分布的情况下，用Holaser计算的牛顿环干涉条纹（RMS对比度68.9%，Michelson对比度99.9%，和图3对比）

图12 在图2平板1后表面反射率为32%，引入的波前满足图10分布的情况下，用Holaser计算的空气劈尖干涉条纹（RMS对比度69.3%，Michelson对比度99.8%，和图8对比）

来源：该名字又是已经存在了一点号