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干涉法测微小量

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干涉法测微小量 段心蕊 PB05000826 （九号台） 一、实验目的： 学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面几何特征的方法。 二、实验原理： 用牛顿环测平凸透镜的曲率半径 如图所示，光束1、2干涉，全部光束在一起，产生牛顿环 1、2两束光的光程差为 22

第m个暗环处 ...3,2,1,0,2)12(22mmm



2m

m

又222)(mmRrR， Rm

Rrmm22





mRrRrmmmmm







22

2

2

我们可由λ求R或由R求λ。 但由于rm不易测准，且实验者无法看出暗环真正所处的级数，故测直径Dm， mRDm42 RnmDnm)(42

nDDRmnm4

22

 其中n可以观察出来

从而可以计算透镜的曲率半径R。

三、实验仪器： 显微镜、平凸透镜、显示器、玻璃片、钠光灯。 四、实验内容 1 观察牛顿环 (1)将牛顿环仪按图所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节木架的玻璃片的下方，木架上的透镜要正对着钠光灯窗口，调节玻璃片角度，使通过显微镜目镜观察时视场最亮。

(2)调节目镜，看清目镜视场的十字叉丝后，使显微镜筒下降到接近玻璃片，然后缓慢上升，直到观察到干涉条纹，再微调玻璃片角度及显微镜，使条纹更清楚。 2 测牛顿环直径 (1)使显微镜的十字叉丝交点与牛顿环中心重合，并使水平方向的叉丝与标尺平行（与显微镜筒移动方向平行）。 (2)转动显微镜测微鼓轮，使显微镜筒沿一个方向移动，同时数出十字叉丝竖丝移过的暗环数，直到竖丝与第65环相切为止。 (3)反向转动鼓轮，当竖丝与第60环相切时，记录读数显微镜上的位置读数d60，然后继续转动鼓轮，使竖丝依次与第50、40、30、20、10环相切，顺次记下读数d50，d40，d30，d20，d10。 (4)继续转动鼓轮，越过干涉圆环中心，记下竖丝依次与另一边的10、20、30、40、50、60环相切时的读数10'd、20'd、30'd、40'd、50'd、60'd。 重复测量两次，共测两组数据。 3 用逐差法处理数据 第60环的直径606060'ddD，同理，可求出D50、D40…D10，取n=30，求出2230mmDD，计算R和R的标准差。

五、实验数据与分析： 60 50 40 30 20 10 d1 (mm) 30.614 30.112 29.596 29.002 28.303 27.398 d1’(mm) 19.383 19.841 20.372 20.94 21.63 22.524 D1 (mm) 11.231 10.271 9.224 8.062 6.673 4.874 d2 (mm) 19.446 19.932 20.437 21.038 21.71 22.594 d2’(mm) 30.708 30.238 29.718 29.137 28.428 27.581 D2 (mm) 11.262 10.306 9.281 8.099 6.718 4.987 d3 (mm) 30.628 30.179 29.632 29.052 28.37 27.494 d3’(mm) 19.384 19.842 20.366 20.943 21.628 22.509 D3 (mm) 11.244 10.337 9.266 8.109 6.742 4.985 D (mm) 11.24567 10.30467 9.257 8.09 6.711 4.948667 λ=589.3nm m 30 20 10 D1,m+30(mm) 11.231 10.271 9.224 D1,m(mm) 8.062 6.673 4.874 2,1230,1mmDD(mm2) 61.13952 60.96451 61.3263

D2,m+30(mm) 11.262 10.306 9.281 D2,m(mm) 8.099 6.718 4.987 2,2230,2mmDD(mm2) 61.23884 61.08211 61.26679

D3,m+30(mm) 11.244 10.337 9.266 D3,m(mm) 8.109 6.742 4.985 2,3230,3mmDD(mm2) 60.67166 61.39901 61.00853

2230mmDD(mm2) 61.01667 61.14854 61.20054

1 对mD与30mD进行数据分析： 测量时使用的是分度值为0.01mm的鼓轮mm004.0仪 由于其最小刻度为0.01mm,所以mm005.0估 22估仪

B

mm00213.03uBB

(1) m=10时

平均值：mmmmDDimim949.4331, 标准差：mmDDimmiDm064671.01331, A类不确定度： 3mmDADu tp=1.32 则修正后的合成不确定度为2268.0)(BADpmuutDum (p=0.68) mmDuDumm098664.0)(2)(68.095.0 (p=0.95)

(2) m=20时 平均值：mmmmDDimim711.6331, 标准差：mmDDimmiDm035029.01331, A类不确定度： 3mmDADu tp=1.32 则修正后的合成不确定度为2268.0)(BADpmuutDum (p=0.68) mmDuDumm053561.0)(2)(68.095.0 (p=0.95)

(3) m=30时 平均值：mmmmDDimim090.8331, 标准差：mmDDimmiDm024759.01331, A类不确定度： 3mmDADu tp=1.32 则修正后的合成不确定度为2268.0)(BADpmuutDum (p=0.68) mmDuDumm037977.0)(2)(68.095.0 (p=0.95)

(4) m=40时 平均值：mmmmDDimim257.9331, 标准差：mmDDimmiDm029547.01331, A类不确定度： 3mmDADu tp=1.32 则修正后的合成不确定度为2268.0)(BADpmuutDum (p=0.68) mmDuDumm045236.0)(2)(68.095.0 (p=0.95)

(5) m=50时 平均值：mmmmDDimim305.10331, 标准差：mmDDimmiDm033020.01331, A类不确定度： 3mmDADu tp=1.32 则修正后的合成不确定度为2268.0)(BADpmuutDum (p=0.68) mmDuDumm050509.0)(2)(68.095.0 (p=0.95) (6) m=60时 平均值：mmmmDDimim246.11331, 标准差：mmDDimmiDm015567.01331, A类不确定度： 3mmDADu tp=1.32 则修正后的合成不确定度为2268.0)(BADpmuutDum (p=0.68) mmDuDumm024107.0)(2)(68.095.0 (p=0.95)

2 对R进行数据分析： nDDRmnmm4

22



取对数nDDnDDRmnmmnmm4lnln4lnln2222 求微分222222222222mmnmmnmmnmnmmnmmnmmmDdDDDDdDDDDDDDdRdR 系数取绝对值并改成不确定度符号

mnmmDmnmmDmnmnmmRuDDDuDDDRu222222 最后写成标准差公式 8

22222222mnmmDmnmmDmnmnmmRuDDDuDDD

Ru

(1) m=10时 mnDDRmnmm865441.0422

021021.022222222mnmmDmnmmDmnmnmmRuDDDuDD

D

Ru

(2) m=20时 mnDDRmnmm864705.0422

020689.022222222mnmmDmnmmDmnmnmmRuDDDuDD

D

Ru

(3) m=30时 mnDDRmnmm862841.0422

013431.022222222mnmmDmnmmDmnmnmmRuDDDuDD

D

Ru

所以 mRRRR8643.03302010 018380.031302010302010RuRuRuR

uRRRR

muR015859.0 所以透镜的曲率半径 mR015859.0862841.0

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郭昕,用于微小位移测量的双曝光全息干涉计量_0508138郭昕

郭昕,用于微小位移测量的双曝光全息干涉计量_0508138郭昕

全息技术基本原理及双曝光全息干涉计量技术在微小位移测量上的应用姓名：郭昕学号：0508138摘要：介绍了光全息的特点及技术原理，以及阴谋功用领域。

通过对悬臂梁受力前后双曝光全息图进行再现，测量出干涉条纹序数与相对应的位置坐标，进而得到微小位移。

顺带测出材料的杨氏模量。

关键词：全息技术；记录与再现；双曝光全息图；悬臂梁；微小位移1．引言40多年来，全息照相已成为信息光学最活跃的领域之一。

各种类型的全息图、全息元件和设备、全息检测方法和显示技术都到了发展；各种全息记录材料和全息产品获得了应用；越来越多的科技工作者们建立起了全息实验室，并开展了大量的学术研究和应用探索。

尤其是近十多余来，全息技术的发展使全息产品走向产业化，并开始深入到人们日常生活领域。

正如美国商务通信公司(BCC)所预测：“全息照相术正以活跃、最新和增长最快的高级技术工业之一的姿态呈现于世界。

2．光全息的技术特点及原理普通照相是根据几何光学成像原理，记录下光波的强度(即振幅)，将空间物体成像在—个平面上，由于丢失了光波的相位，以而失去了物体的三维信息。

如果能够记录物光波的振幅和相位，并在一定条件下再现，则可看到包含物体全部信息的三维像。

即使物体己经移开，仍然可以看到原始物体本身具有的全部现象、包括三维感觉和视差。

利用干涉原理，将物体发出的持定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光波前的全部信息都贮存在记录介质中，故所记录的干涉条纹图样被称为“全息图”。

当用光波照射全息图时，由于衍射原理能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像。

这个波前记录和重现的过程称为全息术或全息照相。

2．1 全息照相技术的特点和优越性1. 全息照相最突出的特点为由它所形成的三维形象一张全息图看上去很象一扇窗子，当通过它观看时，物体的三维形象在眼前，让人感觉到形象就要破窗而出。

如果观察者的头部上下、左右移动时，就可以看到物体的不同侧面。

所看到的整个景像是那样的逼真，完全没有普通照片给予人们的隔膜感。

基于迈克尔逊干涉原理的微小位移测量方法研究

基于迈克尔逊干涉原理的微小位移测量方法研究

Science &Technology Vision科技视界0引言干涉测距系统具有极高的测量精度和较强的环境抗干扰能力,在设备的机械振动精密测量和物理缺陷检测等方面,有着良好的借鉴价值和广泛的应用前景。

祝继彬[1]利用光学倍频方法延长了光路的光程差,从而提高了迈克尔逊干涉仪的灵敏度与精度。

Archbold 等人[2]通过采集激光照射在物体表面的散斑图像来分析物体表面位移。

杜振辉等人[3]提出了一种基于激光光栅多普勒效应的微振动测量系统。

本文根据迈克尔逊干涉测量原理搭建了一种新型激光干涉测量系统,该系统通过加载偏振分光镜来改善条纹的清晰度并制作狭缝贴在光电探测器上以提高光电信号的采集精准度,调整光电探测器放大增益来提高干涉条纹光信号的稳定性。

1实验装置及原理基于传统迈克尔逊干涉测量原理,本文提出了一种新型激光干涉测量系统,在测量精度与准确度方面都得到了很大提升。

其干涉原理如图1所示,He -Ne 激光器作为光源输出一束具有线偏振态的激光束,被分光镜按1:1的分光比分成两束光,一束光N 1经过反射镜两次反射,到达偏振分光镜汇聚点,即作为参考光。

另一束光N 2穿过分光镜和偏振分光镜,并且经过M1(被测反射镜)反射到达偏振分光镜汇聚点,即作为测量光。

两束光在汇聚点形成干涉,实现光强叠加得到干涉光。

干涉光经过S (凸面镜)放大照射在被狭缝包装的光电探测上,经光电探测器将光信号转换为电信号由示波器和上位机进行双向数据处理。

图1系统示意图当反射镜M1产生位移时,干涉条纹会随着位移移动而明暗相间的变化。

位移变化量为[4]:Δd =λ2N (1)式中:Δd 为图中被测反射镜M1位移L1的距离,λ为He -Ne 激光器的激光波长,N 为干涉条纹的变化数目。

在光电探测器探测中依据光电信号转换原理,参考光与测量光在光电探测器中引起的电场强度分别为[5]:基于迈克尔逊干涉原理的微小位移测量方法研究闵渭兴张周强胥光申李晓飞(西安工程大学<机电工程学院>,陕西西安710048)【摘要】针对传统迈克尔逊干涉测量位移精度较低的问题,本文提出了一种新型迈克尔逊干涉测量方法,该方法通过增加偏振分光棱镜来提高干涉条纹的明暗变化,很大程度上克服了传统迈克尔逊干涉灵敏度和测量精度较低的问题。

第三节 杨氏双缝实验

第三节 杨氏双缝实验

第二次课：3学时1 题目：§10.3 杨氏双缝实验§10.4 光程§10.5 薄膜干涉2 目的：1 掌握光程和光程差的概念。

2 能确定光垂直入射时，杨氏双缝干涉、薄膜等厚干涉条纹的位置。

理解用光的干涉法测量微小量的方法。

一、引入课题：托马斯.杨在1801年做成功了一个判定光的性质的关键性实验――光的干涉实验。

首次通过实验肯定了光的波动性。

二、讲授新课：10.3 杨氏双缝实验一杨氏双缝干涉(double slit interference)实验1801由光源发出的光照射在单缝S上，使单缝S成为实施本实验的缝光源。

在单缝S前面放置两个相距很近的狭缝S1和S2，且S1和S2与S之间的距离均相等。

S和S2是由同一光源S形成的，所以是两个同相波源，满足振动方向相同、频率1相同、相位差恒定的相干条件。

故S 1和S 2为相干光源。

当S 1和S 2发出的光在空间相遇，将产生干涉现象，在屏幕P 上将出现明、暗交替的干涉条纹。

1 分波阵面获得相干光，满足振动方向相同，相位差恒定，频率相同的干涉条件。

2 合光强 将代入3 P 点处的波程差21r r r ∆=-，（空气的折射率 n = 1 ）在 D >>d , D >>x ，即 θ 很小时21sin tan xd r r r d d Dθθ=-≈≈= （其中D x=θtan ）5 双缝干涉的明暗纹条件20,1,2,(21)0,1,2,k k k k πφπ=⎧=⎨+=⎩明纹干涉相长暗纹干涉相消0,1,2,(21)0,1,2,k k dr x k D k λλ±=⎧==⎨±+=⎩明纹干涉相长暗纹干涉相消6 干涉明暗条纹的位置 1) 干涉明暗纹的位置(),0,1,2,21,(21)0,1,2,22d Dr k x x k k D d d Dr k x x k k Ddλλλλ∆====±∆=+==+=±明纹则，暗纹则，()1202021cos 4cos 2I I I I I φφφ=++∆=+∆∆=dr x D∆=()2122r r rππφλλ∆=-=∆204cos I I r πλ=∆I =040I 2(21)k k φπφπ∆=∆=+()212r k r k λλ∆=∆=+0, 1. 2. 3...k =±±±两相邻明纹或暗纹的间距都是D x dλ∆=其它 x 点的亮度介于明纹和暗纹之间，逐渐变化 7 综上所述，杨氏双缝干涉的特点：1) 用分振幅法获得相干光，两束光初相位相同，均无半波损失； 2) 干涉明暗纹是等间距分布，相邻明纹间的距离与入射光的波长成正比，波长越小，条纹间距越小；3) 若用白光照射，则在中央明纹（白光）的两侧将出现彩色条纹。

干涉显微镜测量原理

干涉显微镜测量原理

干涉显微镜测量原理
干涉显微镜测量原理是一种利用光干涉现象进行测量的方法。

该原理基于干涉仪的原理，利用光波的干涉现象来测量待测物体的形状和大小。

干涉显微镜的基本构造包括两个反射镜和一个光源。

光源通过透镜聚焦，然后经过一个分束器分成两束光，分别照射到待测物体的两个表面上。

由于待测物体表面的形状不同，两束光在经过物体表面反射后会产生相位差。

当这两束光重新汇聚时，就会发生干涉现象。

根据干涉现象的原理，当两束光的相位差达到某一特定条件时，就会出现明暗条纹，从而可以通过观察这些条纹来推断待测物体的表面形状。

干涉条纹的形状和间距与待测物体的厚度或高度有关，因此可以通过测量干涉条纹的参数来确定物体的大小。

干涉显微镜还可以用于测量物体的表面粗糙度。

当待测物体表面粗糙时，反射光的相位差会随着表面不平整度的增加而发生变化。

通过观察干涉条纹的变化，可以推断物体表面的粗糙度。

总结来说，干涉显微镜利用光波的干涉原理进行测量，通过观察干涉条纹的形状和变化来推断待测物体的形状、大小和表面粗糙度。

这种测量原理对于微小尺寸的物体非常有效，因此在纳米技术和微电子学领域具有重要应用价值。