第 12 课 干涉测量技术
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1. 理解干涉测量技术的原理及基本应用;2. 掌握牛顿环、劈尖干涉等典型干涉现象的观察方法;3. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径和薄膜的厚度;4. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验仪器1. 牛顿环仪;2. 读数显微镜;3. 钠光灯;4. 牛顿环装置;5. 扩束物镜;6. 迈克尔逊干涉仪;7. He-Ne激光器;8. 光具座;9. 计算器。
三、实验原理1. 牛顿环:牛顿环是等厚干涉现象的一种典型应用。
当一束单色光垂直照射在牛顿环装置上时,透镜与平板之间的空气层上、下表面反射的两光束存在光程差,在透镜表面相遇后发生干涉。
同一干涉环上各处的空气层厚度相同,因此形成明暗相间的圆环。
2. 劈尖干涉:劈尖干涉是另一种等厚干涉现象。
当一束单色光垂直照射在劈尖装置上时,光在劈尖两侧的空气层中传播,由于空气层厚度不同,产生干涉现象。
干涉条纹为明暗相间的直线。
3. 迈克尔逊干涉仪:迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生双光束以实现干涉的精密光学仪器。
通过调整干涉仪,可以产生等厚干涉条纹和等倾干涉条纹。
主要用于长度和折射率的测量。
1. 牛顿环实验:(1)将牛顿环装置固定在光具座上,调整显微镜使其与牛顿环装置对准。
(2)开启钠光灯,观察牛顿环装置上的干涉条纹。
(3)利用读数显微镜测量牛顿环的直径,计算透镜的曲率半径。
2. 劈尖干涉实验:(1)将劈尖装置固定在光具座上,调整显微镜使其与劈尖装置对准。
(2)开启钠光灯,观察劈尖装置上的干涉条纹。
(3)利用读数显微镜测量劈尖的宽度,计算薄膜的厚度。
3. 迈克尔逊干涉仪实验:(1)将迈克尔逊干涉仪固定在光具座上,调整干涉仪使其对准。
(2)开启He-Ne激光器,观察干涉条纹。
(3)通过移动反射镜M2,观察干涉条纹的变化,计算He-Ne激光的波长。
五、实验结果与分析1. 牛顿环实验:(1)测量牛顿环的直径,计算透镜的曲率半径。
(2)分析实验误差,讨论实验结果。
2. 劈尖干涉实验:(1)测量劈尖的宽度,计算薄膜的厚度。
光学实验技术中的干涉测量方法干涉测量方法是光学实验技术中一种重要的测量手段。
它通过利用光的干涉现象,实现对物体形态、尺寸和表面性质等参数的测量。
在现代科学研究和工程技术中,干涉测量方法得到了广泛的应用,涉及到光学、物理学、医学、材料科学等多个领域。
一、干涉测量方法的基本原理与分类干涉是指两束或多束光线的叠加现象。
当光线经过光学元件或物体后,它们会发生相位差,进而引起干涉现象。
干涉现象通过干涉条纹的变化来揭示光场的信息。
根据干涉条纹的产生原理,干涉测量方法主要分为两类:自发光干涉和外加光干涉。
自发光干涉是利用物体自身的发光特性产生干涉条纹,例如显微镜下的透射干涉、投影干涉和表面形貌干涉等。
外加光干涉是通过外部光源引入干涉现象,例如激光干涉、多波长干涉和相移法干涉等。
二、应用于形貌测量的干涉测量方法1. 二维轮廓测量利用激光干涉技术,可以实现对物体二维轮廓的高精度测量。
通过将物体反射的激光束与参考激光束叠加,利用干涉条纹的变化来推导出物体表面的高程信息。
2. 三维表面形貌测量三维表面形貌测量是干涉测量方法中的一个重要应用领域。
通过使用相移干涉技术,可以获取到物体表面的三维形貌信息。
相移干涉技术通过改变干涉条纹的相位来实现对物体表面形貌的测量。
3. 全息干涉术全息干涉术是一种高分辨率的干涉测量方法,常应用于光学图像的记录和再现。
通过将物体的三维信息录制在全息图上,并利用光学平台进行复原,可以实现对物体形貌的精确测量。
三、应用于材料测量的干涉测量方法1. 膜厚测量膜厚测量是干涉测量方法中的一个重要应用方向。
利用干涉技术可以测量薄膜的厚度和折射率等参数,从而评估薄膜的性能和质量。
2. 表面粗糙度测量表面粗糙度是材料表面质量的一个重要指标。
通过激光干涉技术,可以实现对材料表面粗糙度的快速测量。
激光束在入射和反射过程中会受到表面粗糙度的影响,从而引起干涉条纹的变化。
3. 液体折射率测量干涉测量方法还可以应用于液体折射率的测量。