范文一：牛顿环间距分析

物理创新实验

求牛顿环亮、暗纹间距及中央暗纹的简单讨论（原创）

编辑者：于泽清 一 理论拓展

当几列波在同一介质中相遇时其合成的振动是各列光波单独在该点所产生的光振动矢量和，即E =E 1+E 2, 设两束频率相同. 光振动方向相同的单色光波在空

间某点处的矢量方程 E x1=E 1· cos?(ωt +φ1) , ①

Ex2=E 2· cos?(ωt +φ2) , ②

振幅的平方为

E2=E 12+E 22+2E 1·E 2·cos ?(△φ) ③

式中△φ是两束光波在空间该点的相位差。 根据电磁波理论，将单位时间内通过垂直于波的传播方向上单位面积的能量称为能流密度。由于光波中E 和能流密度以异常高的频率振荡，现有的接收器反应速度跟不上，所以引出平均能流密度概念，称之为光强，I = ·E2，通常我们所

μ知的是同一种介质中不同位置光强的相对大小，故叠加处合成光强定义为

I =E 2=I 1+I 2+2 12·cos(△φ) ④

其中I 1，I 2分别为两束光波单独在此处的光强，当两束光波在空间相干叠加时，即△φ恒定，则合成光强为I =I 1+I 2+2 12·cos(△φ) ，其中2 12·cos(△φ) 为干涉项，△φ在某一确定的空间位置点是不变的，但在不同的空间点上的△φ是不同的。

值得注意的是，相遇处E 1，E 2的振幅不可相差过大，否则干涉现象将不明显。 对干涉光强合成方程 I =E 2=I 1+I 2+2 12·cos(△φ) 分析有 E2=E 1+E 2+2E 1·E 2·cos ?(△φ) ⑤

2

2

<1>当E 1，E 2的相差△φ=2kπ,k=1,2,3,… 时

Ex =（E 1+E 2） ⑥

<2>当E 1，E 2的相差△φ=(2k+1) π, k =1,2,3, … 时

E x =（E 1?E 2） ⑦ 对于两列相干波在空间某点处有

2

2

2

2

Ex1=E 1·cos ωt +2π?

r 1

Ex2=E 2· cos?(ωt +2π? ⑨

λ2

λ1

r 2

, ⑧

二 探究每个明环、暗环宽度L 以及中央暗环的简单分析

对于牛顿环而言，竖直入射的某种光波在空间中某点形成的E x1（由入射直接反射形成）与E x2（入射-折射-反射-折射形成）的相差△φ推求可知 （E 1=

E 2，I 1=I 2，λ1=λ2）

△φ=2π?记为

△φ=2π?

λδ∣r 1?r 2∣λ

，

δ=

λ2π

△φ

<1>

当△φ=2k π，k=0,1,2，… 时 即 δ=2k ?，k=0,1,2，…

2λ

Ex =（E 1+E 2）=4E 2 IX =I 1+I 2+2 12=4I

<2>

当△φ=（2k +1）π，k =0,1,2，… 时

2

2

即 δ=（2k +1）? k =0,1,2，…

2

λ

Ex=（E 1?E 2）=0 I X =I 1+I 2?2 12=0

又知：

E2=E 1+E 2+2E 1·E 2·cos ?(2π

λ

可作I ?δ关系图，图中E 1=E 2

2

2

δ

2

2

I

E 12+E 22+2E 1·E 2

2E 1·E 2

δ

-2E 1·E 2

由图可以知道

<3>时

当

λ

△φ=2k π+，k =0,1,2，…

λ

π

即 δ=（2k +1）?， k =0,1,2，…

Ex2=E 12+E 22 I X =I 1+I 2 为明暗条纹分界点

由-放大图形对应的几何关系可知 r 2=R 2?(R?e) 2=2Re ?e 2≈2Re 在明纹的极亮点处有：

λ

2en 空气+=k λ, k =1，2，3…

r k =

k ? R λn 空气

1, k=1，2，3…

放大图形

在暗纹的极暗点处有：

λλ

2en 空气+=(2k+1) , k =0，1，2…

r k =

n

kR λ

空气

，k =0，1，2，…

在明暗纹分界点有：

λλ

2en 空气+=（2k +1) ?, k =1，2，3…

r 分=

12

?

2k ?1 R λn 空气

k=1，2，3…

L k =?( n 空气

空气

1 2k+1 R λ

2k ?1 R λ

）, k=1，2，3…

式中L k 为相邻两分界点间距，即为抛开L 暗0后向外延伸第K 个条纹的宽度。 L 亮i =

4i ?3 R λ 4i ?1 R λ1

?(- n

空气

空气

）, i=1，2，3…

L 暗i =?( - n 空气

空气

1 4i+1 R λ

4i ?1 R λ

）, i=1，2，3…

特别的有零级暗纹：

零级暗纹宽度 L0=D +2L 暗0=D +2??

2

1

2?1?1 R λn 空气

L 0=D + 空气

光强与明暗纹对应图形

D 为牛顿环受重力作用挤压成圆形平面的直径 明、暗纹宽度随级次变化的大致曲线图

范文二：牛顿环实验的分析与扩展研究

牛顿环实验的分析与扩展研究

摘要 :通过对牛顿环等厚干涉原理的介绍 , 分析了牛顿环干涉图样 中一些特殊图样的形成 , 同时 , 为了扩展牛顿环实验的应用 , 提出了利 用牛顿环装置测量透明介质折射率的扩展实验。

关键词 :牛顿环 等厚干涉 折射率测量

Analysis and Extend Research of Newton’ s Ring Experiment Abstract:The equal thickness interference principle of Newton ’ s ring is introduced and some special interference patterns are analyzed. The experiment method of measuring refractive index of transparent liquid with Newton ’ s ring equipment is proposed to extend the application of Newton’ s ring experiment.

Key words: Newton’ s ring; Equal thickness interference; Refractive index measurement

在大学物理实验中 ,“ 等厚干涉实验 ” 的典型例子是牛顿环实验和 劈尖实验。其中牛顿环实验作为光学基础性实验 , 对于学生加深对等 厚干涉及半波损失概念的理解及读数显微镜的使用 , 发挥了重要的作 用。但是 , 随着社会对工科学生动手能力的培养及实践能力提高的要 求 , 我们实验中心确立了 “ 保证基础 , 加强提高 , 理工渗透 , 探索创新 ” 的 课程体系改革 , 不断进行教学改革模式 , 给学生提供了更多的自主学习

范文三：牛顿环实验的分析与扩展研究

67

　 科技创新导报　 Science　and　Technology　Innovation　Herald 工　业　技　术

2011　　NO.01

科技创新导报

在 大 学 物 理 实 验 中 , “ 等 厚 干 涉 实 验 ” 的 典 型 例 子 是 牛 顿 环 实 验 和 劈 尖 实 验 。 其 中 牛 顿 环 实 验 作 为 光 学 基 础 性 实 验 , 对 于 学生加深对等厚干涉及半波损失概念的理 解 及 读 数 显 微 镜 的 使 用 , 发 挥 了 重 要 的 作 用。 但是 , 随着社会对工科学生动手能力的 培 养 及 实 践 能 力 提 高 的 要 求 , 我 们 实 验 中 心 确 立 了 “ 保 证 基 础 , 加 强 提 高 , 理 工 渗 透 , 探索创新” 的课程体系改革 , 不断进行教学 改 革 模 式 , 给 学 生 提 供 了 更 多 的 自 主 学 习 机会 , 使 他 们 的 实 验 能 力 , 创 新 能 力 得 到 提 高。 如 何 在 基 础 实 验 中 使 学 生 在 实 验 的 同 时 获 得 一 定 的 探 索 性 乐 趣 , 笔 者 对 牛 顿 环 实验中出现的变形的原理及实验的扩展进 行了分析。

1　 牛顿环测量平凸透镜曲率半径的实验原

理

将 一 块 曲 率 半 径 很 大 的 平 凸 透 镜 A 的 凸面置于光学平玻璃板 B 上 , 在透镜凸面和 平 玻 璃 板 间 形 成 一 层 空 气 薄 膜 , 且 厚 度 从

接触点 O 为中心向四周逐渐增厚 , 离 O 点等 距 离 处 厚 度 处 处 相 同 , 如图 1(b)所 示 。 当 入 射 光 以 平 行 单 色 光 垂 直 入 射 时 , 入 射 光 在 薄 膜 上 下 两 表 面 反 射 , 在 上 表 面 相 遇 产 生 干涉。 由于空气膜厚度相等处光程差相等 , 所以干涉条纹是以接触点为中心的一系列 明暗相间的同心圆环 [1](如图 1(a)所示 ) 。

在 图 1(b)中 , 设 R 是 平 凸 透 镜 的 曲 率 半 径 , λ是 入 射 光 的 波 长 , k r 为 第 k 级 干 涉 条 纹 的 半 径 , e 为 该 环 对 应 的 空 气 薄 膜 的 厚 度 , 由 光 的 干 涉 原 理 并 考 虑 光 从 光 疏 媒 质 到光密媒质表面时产生半波损失 [2], 所以在 空气膜层上、 下表面反射光的光程差为

2

2λ

δ+

=ne k (1) n 为 空 气 的 折 射 率 , 空 气 的 折 射 率 近 似 为 1, 则

2

2λ

δ+

=e k (2) 由图 1(b)的 几 何 关 系 知

222) (e R r R k ?+= (3)

222e eR r k ?= (4)

R 为透镜的曲率半径。 若空气薄膜厚度 远 小 于 透 镜 曲 率 半 径 , 则 有

R

r e k 22

= (5)

根 据 干 涉 加 强 和 减 弱 的 条 件 , 产生明、 暗 环 的 干 涉 条 件 为

明环公式 λλ

δk e k =+

=2

2 (k =1,2,3, …… ) (6) 暗环公式 2

) 12(22λλδ+=+

=k e k (k =0,1,2,3,…… ) (7)将式 (5)代 入 明 、 暗 环 公 式 中 , 则 明环半径 2

) 12(2

λ

R

k r k ?= (k =1,2,3,…… ) (8)暗环半径 R

k r k λ=2 (k =1,2,3,…… ) (9)根据式 (8)(9),若入射光波长λ已知 , 测 出 各 级 暗 环 或 明 环 的 半 径 , 则 可 求 出 曲 率 半 径 R 。

观 察 牛 顿 环 时 发 现 , 牛 顿 环 中 心 不 是 理 想 的 一 个 接 触 点 , 而 是 一 个 不 甚 清 楚 的 暗 斑 或 亮 斑 。 其 原 因 是 与 透 镜 与 平 板 玻 璃 接 触 时 , 接 触 压 力 引 起 玻 璃 弹 性 形 变 , 而且 接 触 处 微 小 尘 埃 的 存 在 , 都 会 引 起 一 个 附 加 厚 度 产 生 附 加 光 程 差 。 因 此 很 难 准 确 判 定 级 数 k 和 k r 测 定 出 。 为 消 除 这 种 误 差 , 可 以通过取两个暗环的半径 m r 和 n r 的平方差 来 实 现 , 由 式 (9),可 推 得

λ

) (2

2n m r r R n m ??=

(10) 由 于 接 触 点 不 是 一 个 理 想 点 , 暗 环 中 心 不 易 确 定 , 直 接 测 量 半 径 会 产 生 较 大 误 差 , 故 取 测 量 暗 环 直 径 , 式 (10)改 写 为

λ

) (422n m D D R n

m ??=

(11)

牛顿环实验的分析与扩展研究

禹 大 宽

(西安石油大学理学院陕西省物理实验教学示范中心　　陕西西安　 　 710065)

摘　 要:通过对牛顿环等厚干涉原理的介绍,分析了牛顿环干涉图样中一些特殊图样的形成,同时,为了扩展牛顿环实验的应用,提出了利 用牛顿环装置测量透明介质折射率的扩展实验。 关键词:牛顿环　　等厚干涉　　折射率测量 中图分类号:O353.5文 献 标 识 码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0067-02

Analysis　and　Extend　Research　of　Newton’s　Ring　Experiment

Yu　Da-kuan

(Demenstration　Center　of　Physical　Experiments　Teaching　Shaanxi　Provience,Xi’ an　Shiyou　University　School　of　Science,Xi’ an　710065) Abstract:The　equal　thickness　interference　principle　of　Newton’ s　ring　is　introduced　and　some　special　interference　patterns　are analyzed.　The　experiment　method　of　measuring　refractive　index　of　transparent　liquid　with　Newton’ s　ring　equipment　is　proposed to　extend　the　application　of　Newton’ s　ring　experiment. Key　words:　Newton’ s　ring;　Equal　thickness　interference;　Refractive　index　measurement

(a) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

(

b)

图1

牛顿环的干涉干涉条纹及干涉光路示意图

68

科技创新导报　 Science　and　Technology　Innovation　Herald

2011　　NO.01

工　业　技　术

科技创新导报 显 , 特 别 是 裂 缝 问 题 , 并 会 引 发 出 其 它 迸 发 症 , 造 成 恶 劣 后 果 。 因 此 , 该 项 目 应 采 取 多 种 措 施 进 行 防 治 。

(1)改善沥青混合料的级配

传 统 的 AC-I 型 沥 青 混 合 料 存 在 细 料 多 , 中 间 料 少 的 现 象 , 这 样 会 导 致 摊 铺 时 易 产 生 离 析 , 沥 青 混 凝 土 虽 然 是 密 实 型 的 , 但 不 是 嵌 锁 型 的 , 混 凝 土 中 粗 骨 料 呈 悬 浮 状 态 , 沥 青 混 凝 土 热 稳 定 性 差 。 因 此 , 为 了 减 少 离 析 现 象 , 提 高 热 稳 定 性 , 该 工 程 项 目 上 对 沥 青 路 面 的 中 下 层 进 行 了 改 进 , 主 要 是 减 少 了 细 集 料 的 含 量 , 增 加 了 中 间 料 的 含 量。 经项目上沥青路面的摊铺检验 , 基本上 消除了离析现象 , 且沥青路面外观均匀、 密 实 , 钻 孔 取 芯 样 外 观 表 明 , 石 料 嵌 锁 作 用 加 强。 悬浮状态改善。

(2)提高压实度、 减少孔隙率

以前的都是严格按照设计规范上规定 的压实度 96%标准控制 , 但在这一标准控制 的 沥 青 路 面 , 实 测 沥 青 路 面 空 心 率 较 大 , 容 易产生早期水损害。 为此。 项目上把这一标 准 提 高 到 98%,为 了 保 证 压 实 度 不 低 于 98%,施工时配备 2台 25吨以上轮胎压路机 , 这 样 经 过 检 测 , 沥 青 路 面 压 实 度 代 表 值 超 过了 98%,孔隙率基本上都控制在 7%以内。 保证了沥青路面基本上不渗水。

(3)严格控制石料的压碎

在施工中控制石料的压碎能充分吸收

其 下 层 裂 缝 释 放 的 应 变 能 , 还 具 有 隔 离 作 用 , 改 善 半 刚 性 基 层 的 温 度 、 湿 度 状 况 , 减 轻 半 刚 性 基 层 的 温 缩 和 干 缩 , 减 少 反 射 裂 缝 。 空 隙 率 大 于 15%~18%的 石 料 的 压 碎 , 为铺筑在沥青层底部的排水式沥青稳定基 层 ; 最 大 粒 径 大 于 37.5mm 石 料 粒 径 , 其 空 隙率最多放宽到不大于 8%~10%。 大粒径沥 青混合料有较好的抗裂和抗车辙性能。

(4)加强施工过程中的质量检测

施 工 时 加 强 了 对 沥 青 路 面 的 质 量 检 查 , 其 内 容 包 括 路 床 、 级 配 碎 石 底 基 层 、 水 泥稳定碎石基层、 沥青面层。 级配碎石排水 层 , 水 稳 基 层 上 封 层 施 工 后 , 进 行 不 同 级 配 方 案 的 级 配 碎 石 层 施 工 。 检 查 项 目 包 括 液 限、 塑性指数、 CBR 值、 压碎值、 针片状集料 含量、 击实试验 , 以及施工的拌和、 摊铺、 碾 压 等 的 方 法 。 玻 纤 土 工 格 栅 铺 设 要 按 照 铺 设方法和要求进行施工 , 搭接长度、 铺设平 顺度、 碾压等应满足要求。 级配碎石柔性层 和低剂量水泥稳定碎石层对路面弯沉和平 整 度 有 一 定 的 影 响 。

4　结语

通 过 以 上 分 析 得 出 , 高 速 公 路 的 沥 青 路 面 的 裂 缝 , 不 但 是 施 工 质 量 问 题 , 而 且 也 是 后 期 管 养 不 善 带 来 的 问 题 。 施 工 单 位 要 根 据 具 体 情 况 进 行 分 析 , 使 得 制 订 出 来 的 裂缝防治措施具有针对性、 具有可行性 , 以 防 治 沥 青 路 面 的 裂 缝 。 裂 缝 状 况 要 进 行 仔

细 观 察 , 要 及 时 发 现 , 并 及 时 采 取 措 施 进 行 处理。 为了降低公路裂缝的损害 , 要采取措 施使其得到降低。 路面裂缝影响路面美观、 消 弱 整 体 稳 定 性 和 平 整 度 , 并 且 由 于 水 分 的 渗 透 , 降 低 基 层 与 土 基 的 承 载 力 , 从 而 加 剧路面破坏 , 缩短使用寿命。 要采用不同的 措 施 防 治 半 刚 性 基 层 裂 缝 。 从 多 方 面 进 行 研究 , 采用新材料、 新工艺来减少裂缝的措 施 。

参考文献

[1]丁 国 雄 , 柯 明 中 . 浅 析 混 凝 土 裂 缝 的 成

因 及 防 治 措 施 [J].四 川 建 材 ,2010,(02):17-18.

[2]张力鹏 . 浅析沥青路面裂缝问题及防治

措 施 [J].中 国 新 技 术 新 产 品 ,2010,(16):54

[3]王春惠 . 道路面层混凝土裂缝成因及防

治 [J].科 技 情 报 开 发 与 经 济 ,2010,(05):219-221.

[4]汤拥军 . 城市沥青路面裂缝的成因及防

治 措 施 [J].城 市 道 桥 与 防 洪 ,2010,(06):184-185.

[5]陈洪林 . 沥青路面裂缝产生的原因及防

治 方 法 [J].华 东 公 路 ,2010,(03):7-9.[6]陈洪林 . 沥青路面裂缝产生的原因及防

治 方 法 [J].华 东 公 路 .2010,(3):183.

实 验 中 波 长 λ已 知 , 所 以 只 要 分 别 测 量第 m 级暗环和第 n 级暗环的直径 m D 、 n D , 就 可 以 测 量 出 平 凸 透 镜 的 曲 率 半 径 R 。

2　牛顿环实验一些特殊现象及解释

在 读 数 显 微 镜 里 正 常 观 察 到 的 牛 顿 环 , 应 该 是 中 心 点 为 暗 点 的 明 暗 相 间 的 同 心 圆 环 , 但 是 在 实 验 中 观 察 到 的 牛 顿 环 中 心 有 时 变 成 亮 纹 , 有 时 中 心 是 一 个 大 的 暗 斑 , 有 时 牛 顿 环 条 纹 出 现 局 部 内 凹 等 几 种 特 殊 的 条 纹 形 状 , 对 这 些 条 纹 的 形 成 如 果 让学生思考、 然后教师再进行解释 , 对学生 进一步理解干涉原理、 启发思维意义重大。

由 公 式 (6)(7)知 , 理 想 情 况 下 , 牛 顿 环 中 心 处 , e =0,只 有 附 加 光 程 差 , 所 以 中 心 处 是 应 该 是 暗 点 。 实 验 过 程 中 有 时 看 到 中 心 是 亮 点 , 应 该 是 由 于 平 板 玻 璃 与 平 凸 透 镜 没 有 紧 密 接 触 或 者 接 触 处 有 杂 质 或 者 有 小 的 磨 损 等 , 使 中 心 处 e ≠ 0, 从 而 产 生 附 加 光 程 差 。

有时观察牛顿环中心是一个大的不甚 清晰的暗斑或者亮斑 , 而且斑不规则。 出现 这种现象是由于平凸透镜的重力及牛顿环 装 置 三 个 调 节 螺 钉 拧 的 太 紧 产 生 压 力 , 使 平凸透镜与平玻璃板接触处接触点变成接 触 面 。 压 力 不 同 的 地 方 形 成 的 图 案 就 不 规 则 , 而 且 中 心 暗 斑 随 压 力 增 大 而 增 大 。

在 实 验 中 观 察 牛 顿 环 时 , 有 时 会 出 现 圆 形 的 牛 顿 环 有 局 部 变 形 的 现 象 , 且 一 般 是 局 部 内 凹 , 由 前 面 过 程 分 析 , 当 平 板 玻 璃 上 表 面 光 滑 无 杂 质 , 以 平 板 玻 璃 和 凸 透 镜 接 触 点 为 圆 心 形 成 的 空 心 薄 膜 厚 度 相 等 , 干 涉 条 纹 为 明 暗 相 间 的 同 心 圆 环 ; 当 平 板 玻 璃 上 附 有 灰 尘 等 杂 质 时 , 由 于 杂 质 折 射 率 大 于 空 气 折 射 率 , 引 起 附 加 光 程 差 , 形成 干涉条纹局部内凹现象。

3　牛顿环测量透明液体的折射率

利用牛顿环实验装置 , 开展对基础实验 项目的拓展 , 同时对学生进行诸如实验的深 层次思考 , 使大学生利用所学知识进行实践、 锻炼、 培养创新能力等 , 是新时期实验教学的 新要求。 特别是结合石油院校的特点 , 使我们 的实验课具有石油的独特特色 , 实验有新特 点 , 也是我们实验课老师所追求的。

我们可以将透明介质 (如水、 油 ) 注入到 牛 顿 环 装 置 中 , 在 平 凸 透 镜 和 玻 璃 板 直 接 形 成 液 体 膜 , 液 体 上 下 表 面 反 射 的 光 程 差 以 及 干 涉 形 成 暗 条 纹 条 件 :

2

1222λ

λδ+=+=k e n k (k =0,1,2,… … )(12)

由 公 式 (3)(4)(5)(6)(7)可 以 得 到 :

n R r k

λk 2

= (13)

对 于 第 m , n 级 对 应 的 暗 环

λ

) (4) (2

'

2

' n m n

D D R n m ??=

(14) 由式 (11)(14)得到

2

' 2

' 22n

m n m D D D D n ??=

(15)

由式 (15)可知 , 只要测出同一牛顿环装

置 的 空 气 膜 和 水 膜 的 条 纹 直 径 , 即 可 求 出 水 的 折 射 率 。

4　结语

大学物理实验教学不仅仅是传授书本 上 的 知 识 , 更 多 教 育 学 生 通 过 学 习 知 识 , 培 养 勤 于 思 考 , 善 于 分 析 , 培 养 创 新 能 力 等 。 在 实 验 教 学 中 , 通 过 教 师 的 引 导 , 教 师 提 出 问 题 , 学 生 相 互 讨 论 , 在 探 究 中 提 高 , 这 样 不 仅 给 学 生 带 来 学 习 实 验 的 积 极 性 , 更 提 高 他 们 分 析 问 题 的 能 力 , 真 正 提 高 他 们 自 己的素质。

参考文献

[1]李 明 , 贾 振 安 . 大 学 物 理 实 验 [M].西 安 :

西 北 工 业 大 学 出 版 社 ,2002:132-136.[2]吴百诗 . 大 学 物 理 基 础 (下册 )[M].北京 :

科 学 出 版 社 ,2007:241.

(上接66页)

范文四：牛顿环实验分析部分

365 405 436 546 577 λ\nm

U/V

-3.0 -0.2 0.0 0.0 0.0 0.0 -1.3 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 -1.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -1.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 -1.0 0.4 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.9 0.7 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.8 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.7 1.3 0.2 0.4 0.0 0.0 -0.6 1.6 0.4 0.5 0.0 0.0 -0.5 2.0 0.6 0.6 0.0 0.0 -0.4 2.5 0.8 1.0 0.1 0.1 -0.3 3.0 1.1 1.4 0.5 0.2 -0.2 3.6 1.5 1.9 0.9 0.4 -0.1 4.0 1.9 2.4 1.3 0.6 0.0 4.0 2.2 3.0 1.7 0.8 0.1 5.0 2.4 3.5 2.0 0.9 0.2 5.5 2.8 4.0 2.4 1.0 0.3 6.0 3.0 4.4 2.6 1.1 0.4 6.3 3.2 4.7 2.8 1.2 0.5 6.7 3.4 5.0 3.0 1.3 0.6 7.0 3.5 5.3 3.1 1.3 0.7 7.3 3.7 5.6 3.3 1.4 0.8 7.6 3.8 5.8 3.5 1.4 0.9 8.0 3.9 5.9 3.6 1.4 1.0 8.2 4.0 6.1 3.6 1.4 1.1 8.3 4.1 6.3 3.7 1.4 1.2 8.5 4.1 6.5 3.7 1.4 1.3 8.7 4.2 6.6 3.8 1.5 1.4 8.9 4.3 6.8 3.9 1.5 1.5 9.1 4.4 6.9 4.0 1.6 1.7 9.3 4.4 7.0 4.1 1.6 1.9 9.7 4.4 7.1 4.2 1.6 2.1 9.9 4.5 7.3 4.3 1.6 2.3 10.1 4.5 7.5 4.4 1.6 2.5 10.2 4.6 7.6 4.5 1.6 2.7 10.4 4.6 7.7 4.5 1.6 2.9 10.6 4.6 7.8 4.6 1.6 4.0 11.1 4.9 8.3 4.8 1.6 5.0 11.6 5.0 8.6 5.0 1.6 7.0 11.9 5.1 8.8 5.1 1.7 9.0 12.2 5.3 9.0 5.2 1.7

11.0 12.4 5.3 9.3 5.2 1.8

13.0 12.8 5.3 9.3 5.2 1.8

15.0 12.8 5.3 9.3 5.2 1.8

17.0 12.9 5.3 9.3 5.2 1.8

20.0 13.3 5.4 9.3 5.3 1.8

25.0 13.3 5.4 9.6 5.4 1.8

28.0 13.3 5.4 9.6 5.4 1.8 1. 波长365nm的光

取拐点处电压为截止电压:-1.5V

2. 波长为405nm的光

得截止电压:-0.7V 3. 波长为436nm的光

得截止电压:-0.6V 4. 波长为546nm的光

得截止电压:-0.2V 5. 波长为577nm的光

得截止电压:-0.1V

二、U–ν图 0

365 405 436 546 577 λ\nm

8.21918E+14 7.41E+14 6.88E+14 5.49E+14 5.2E+14 ν\Hz

U\V -1.5V -0.7 -0.6 -0.2 -0.1 0

|K|=4.09e^15，h=4.09e^15*1.6e^-19=6.56e^-34 , B=0.6%

三、饱和光电流和光强的关系(λ=577nm,U=28V,

T I/nA max

100% 1.8

75% 1.6

50% 1.0

25% 0.4

基本上成线性关系

范文五：牛顿环原理 和分析

在电阻式触摸屏和液晶显示器的生产加工过程中,牛顿环,有些厂家也叫彩虹纹,或干脆叫彩虹,就象一个漂荡在工场的幽灵,一不小心,它就时不时的在生产与客户使用过程中出现,弄得不少在工场做现场管理的工艺技术人员神魂颠倒。不是因为这彩虹太美举,而是这美举的品质杀手,在目前的行业中,太容易闯祸,让别人一眼精艳的挑出毛病来。

在显示器模组中,牛顿环出现的区域,因为光线干涉的原故,会造成色彩叠加因而导致最终显现的色彩不正,另一方面,也降低了该区域的显示对比度,所以都是作为致命的主要缺陷列置。

一、 牛顿环的产生机理

我们知道,不管是电阻式触摸屏,还是液晶显示器,支撑主体都是两块ITO玻璃或一块ITO玻璃,一块ITOFILM,如果有一面材料产生形变,材料ITO内表面产生一个曲率半径的曲面,跟平常物理光学里讲的产生牛顿环的凸透镜与平面镜内表面的效果是一样的,牛顿环同样是体现了光线在相对的两个表面因反射光线与入射光线光程差与波长间的关系。它同样的,会因为光程差的增大,也就是两表面间的距离增加,牛顿环的间距也会增大。 5FI>T=QF

在实际生产过程中,不管电阻式触摸屏也好,液晶显示器也好,都会把外框支撑处的间隙距离做得比中间的稍微大一些,如果工艺中参数稍有差离,那么这种距离差就没法消除,这样就让两个表面的产生一定的中间向内凹陷,这样光线在两个表面间的光程差就会产生不一样,在入射光与反射光的互相干涉过程中,就会按不同的光程差区域选择出不同的波长出来,显现出对应波长的颜色。

二、 实际生产中牛顿环产生的地方与原因

在液晶显示器模块中,有三种地方最容易产生牛顿环,

1、 液晶显示器内部产生的彩虹。

液晶显示器的盒厚一般都在10微米以下,如果里面的空间粒子数量不够,或分布不均匀,或是外框与内部支撑的空间粒子直径搭配不适合工场设计的工艺,都会产生彩虹缺陷。另一个主要的产生原因是,成盒过程中,盒内被超过空间粒子直径的外物所污染,这也是液晶显示器工场对于洁净环境管控十分严厉的缘由。

2、 液晶显示器与电阻式触摸屏之间的水波纹,也叫水纹,

这种水波纹,同样是牛顿环中的一种,特别是电阻式触摸屏动作时,加在电阻式触摸屏上的外界压力引起电阻式触摸屏下表面弯曲变形时,会随着力度的变化,牛顿环的色彩半径也会移动、生成或消失,就跟水面投进石子产生的水波纹一样,所以这种牛顿环也叫水波纹或水纹,表现出来是会随动作地点和动作压力的变化而变化。

3、 电阻式触摸屏内部的牛顿环,也叫彩虹纹,

电阻式触摸屏在生产过程中,为了产生一个触动区域的变形量,外框的高度一般要比里面的支撑点高出很多,如果印制水性粘胶做外框的话,一般高度在50~70微米左右，如果是使用PET基材双面胶,一般也在50微米以上,而里面的支撑点,一般不到25微米,如果使用直径30~45微米的DOT,支撑点最后的成型高度也只有15~25微米左右。

加上电阻式触摸屏的操作面,同样是为了产生一个触动区域的变形量,一般都是ITOFILM,材质是柔性的。这样,如果生产过程中工艺参数控制不精确,不用动作操作,处于产品靠中间部分的ITOFILM,自己都会塌陷,贴在支撑点上,产生曲面变形,这样,入射光线与两个ITO内表面的反面光线产生干涉,便形成了牛顿环。

三、 如何测算预防牛顿环产生的设计参数

在实际生产中,如何有效的防止牛顿环的产生,同样可以根据牛顿环的光学规律进行预防。

在我们开始设计产品这初,可以根据产品外形尺寸,计算出内外框的高度数值是多少时,牛顿环的暗环内环半径,会落在产品尺寸以外,这样就可以优化出自己的设计参数。,如何计算及原理公式,可参考附件《等厚干涉实验》,

当然,上面这种方法只是理论上的验证,实际上,如果真正的按照计算数据,我们就无法做出客户需求的产品了,不过这种计算,可以指导我们在生产中,如何尽量靠近理论数值。

有人会说,那计算出来的不一定准确,生产中又不能避免,就没有更好的办法了吗,有,还是参考附件《等厚干涉实验》的方法,用显微镜或千分尺来测出你的上膜往下变形偏移多少时,牛顿环就出现了,再算出你的牛顿环出现时最小的中间空间粒子或支撑点的厚度,如果与压力计一起配合,还能测出产品出现牛顿环时,所受的压力是多少。所以问题的出现,先从试验方法上论证,再从实验数据上验证,再从工艺参数上调整。

四、如何从工艺上预防牛顿环的产生

1、液晶显示器的彩虹

彩虹缺陷可以很快的用显微镜找到根源,如果是点状的,可以在显微镜下看到三种情况,空间粒子数量少,空间粒子聚集结团,盒内异物。这样的缺陷,就按观察到的现象,可以马上从调整前面空间粒子撒布机的参数,空间粒子撒布段与组合段的环境洁净维护两方面进行预防。

如果是整个液晶显示器都是彩虹,那要么是外框和盒内部空间粒子搭配错误,要么是盒内空间粒子数量不够或没有。这样的缺陷,可能检查前面空间粒子撒布的工艺材料参数,粒子检测数据上,调整参数进行预防。

2、电阻式触摸屏与液晶显示器间的水波纹

要防止水波纹的产生,一是增加电阻式触摸屏的强度,比如说原来是用PC基材的换成受力更大的压加力或玻璃材质,或者是由原来薄的基材,换成厚的基材。这也是为什么尺寸超过一定的电阻式触摸屏产品就要用2MM厚度的玻璃或强化玻璃的原因之一。所有的设计

参数变化,都是有道理的,并不是从外面瞎抄就能抄到的,如果不明原理瞎抄,要么浪费你的材料和品质成本,要么无法避免自己潜在的品质缺陷与产品良品率

其次是可以在满足客户要求的情况下,电阻式触摸屏与液晶显示器之间的组装双面胶选用更厚的厚度,让牛顿环的暗环移到产品尺寸之外。或者在电阻式触摸屏与液晶显示器的组装面也印制上支撑点,把外来压力通过支撑点转移到液晶显示器和主板外壳上,减少电阻式触摸屏的变形量,预防牛顿环,也就是水波纹的产生。

如果能够满足产品的显示需求,在能接受显示效果的条件,也可以把电阻式触摸屏与液晶显示器组合面液晶显示器上的偏光片换成防眩偏光片。注意,防眩偏光片的近观显示效果比普通偏光片显示效果要差很多,特别是QVGA以上液晶显示器,如果更换后,显示图案的精细度、反应速度和对比度,都会明显下降,所以一定要最终客户确定显示效果后才能更换

3、 电阻式触摸屏的牛顿环

电阻式触摸屏的牛顿环预防起来确实要比较麻烦,因为多数电阻式触摸屏的操作面,采用了柔性的ITO FILM基材。

预防电阻式触摸屏的牛顿环,首先要在ITO FILM调质处理过程中,选择好适合自己的工装治具和设备的调质处理参数,让ITOFILM各部分同步收缩,不产生因收缩不均匀产生的不平整,或把装载治具上的不平整转移到ITO FILM上。这种因ITOFILM调质处理没做好而产生的牛顿环,有个很明显的特点,如果是组合再分粒的产品,组合好后看不到牛顿环,但在产品分粒后48小时左右就会出现

支撑点的高度控制,也是预防牛顿环的主要方式,通过上面的计算,可以看出,去撑点的高度超过一定的数值,就会很难形成了,或都是间距很大,被淡化了,所以我们一定要保证一定的支撑点高度

支撑点的高度肯定与支撑点附著面积有一定的关系,在同样的条件下,高度越高,支撑点附著面积也越大,对于一些精细画质的液晶显示器来说,像素大小可能只有60到90微米,如果一个支撑点大小超过像素大小的一半以后,那么这个像素就会产生显示畸变,在一定的距离上观察,能把整个支撑点布局从显示画面上显现出来。为了解决这一问题,日本厂家在窄边设计的小尺寸产品中,使用模具或加垫片组合的方式,让产品填充空气,人为的增加产品内表面间的距离,即避免了牛顿环的出现,也不用为外框设计十分复杂又难制作的通气通道,同时也可以设计出附著面积很小的支撑点来

充气方式的缺陷是,不能用在温差变化剧烈的环境里或大尺寸产品中。特别是印制水性粘胶的产品,由于又是窄边设计,又难以操作,造成粘结力不足。在温度剧烈变化后,很容易造成漏气,漏气后,避免牛顿环作用就没了。很多厂商的产品在出厂前放在自己恒温仓库没有问题,拿到客户的普通仓库放置一个星期,或干脆只是经过了汽车运输,产品就出现的牛顿环现象,就是这个原因。所以充气并不是对付牛顿环一招鲜的祖传秘方,如果不考虑产品的使用条件与环境,再加上其他的辅助工艺配合的话,起不到真正的作用。

电阻式触摸屏敏感区的牛顿环,同样是各个工艺材料厚度的组合以及FPC热压温度压力参数不合适产生的,基本上可以调整FPC材料厚度和热压参数就可以解决

至于一些观看距离比较进的大尺寸显示器产品,因为像素尺寸也比较大,完全可以用50到60微米大小的支撑点,除非是支撑点印制不均匀或支撑点高度塌陷,一般不会出现牛顿环现象了

五、结语

牛顿环,无非就是平行入射光与反射光互相干涉产生的,这种干涉只在一定的光程差内才会显现出来。要避免牛顿环的产生,一种方法是打乱光线传播方向,比如说在电阻式触摸屏上,使用雾面ITOFILM，在液晶显示器上使用防眩偏光片等，另一种方法是保证内表面的平行度,让内表的曲率半径够大,让牛顿环的暗环区扩大到产品之外，还有就是加大两表面的光程差,让牛顿环的暗环区落在产品尺寸外或加大牛顿环相邻环的距离,淡化牛顿环。只要根据牛顿环的产生机理,在生产过程中加以控制,牛顿环并不是一个品质幽灵

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