利用劈尖干涉检测部件平整度的研究.doc

用劈尖干涉检测部件平整度的研究李 江（曲靖师范学院物理与电子工程学院 云南 曲靖 655011）摘 要: 根据劈尖干涉原理，在显微镜下观察干涉图样，可以简单的判断某些部件的平整度若使一块平滑玻璃板和待测部件间形成一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射后就会产生干涉条纹。如果条纹向靠近劈尖的顶角侧弯曲时，说明部件该处是下凹的；若条纹向远离劈尖的顶角侧弯曲时，说明部件在该处是凸起的。这种判断方法简单，易于操作，是工业上常用的一种判断部件平整度的方法。关键词: 劈尖干涉； 楔形空气薄膜； 干涉条纹目 录第一章引言4第二章实验原理5第三章实验步骤7第四章实验误差分析7第五章实验总结8第一章引言劈尖干涉实质上是等厚干涉，为了简单判断某些金属部件的平整度，将其作为劈尖的下底面得出干涉图样，观察干涉图样的凹凸性就可简单的判定部件的平整度。前人在基于等厚干涉原理的基础上，通过劈尖干涉可测出某些透明液体的折射率和薄片的厚度，使折射率在光学领域充满色彩，后人也采用了不同的方法测量了这个光学量，并且测量方法也越来越精确。本实验是通过劈尖干涉得到干涉图样，间接地检测部件平整度，通过分析光程差，易得当平面平整时，厚度是均匀变化的，则在显微镜得到的干涉条纹为平滑的直线。当显微镜中的图像有一下凹，条纹是等厚的点的轨迹，下凹就是厚度增加，于是这里的厚度等于比此处远离劈棱处的地方的厚度，远离劈棱的地方的轨迹偏到这里来；当显微镜中的图像有一凸起，条纹也是等厚的点的轨迹，凸起就是厚度减少，于是这里的厚度等于比此处靠近劈棱处的地方的厚度，靠近劈棱的地方的轨迹偏到这里来。总体情况就是：当有一下凹，则条纹向靠近劈棱方向偏；若有一凸起，则条纹向远离劈棱的方向偏。从而利用劈尖干涉原理得出干涉图样，对某些部件的平整度进行简单的检测。第二章实验原理将两块玻璃板1和2叠起来,在一端垫一根细丝(或纸片), 两板之间形成一层空气膜,形成空气劈尖。如图2所示，形成与劈尖棱角平行,明暗相间的等厚条纹.观察劈尖干涉的实验装置如图1所示从点光源S发出的光经透镜L变成平行光，在经过半透半反玻璃片M射向空气劈尖，自劈尖上下两表面反射后形成相干光，径路显微镜T,就能在劈尖上表面观察到明暗相间均匀分布的干涉条纹。图 1 如图2所示，设两玻璃板之间的夹角为,玻璃的折射率为,空气的折射率为1。由于角很小，在实验中，单色平行光几乎垂直地射向劈面，所以劈尖上下两表面的反射光线与入射光线近乎重合。设在P点出，劈尖对应的厚度d，因为1,所以劈尖表面无半波损失.因此上下两表面反射光的光程差为:。图 2反射光是相干光,相干叠加明暗纹的条件是当公式 1=2k (k=0,1,2.) 时干涉相长，得亮纹。当公式 2=（2k+1） (k=0,1,2)时干涉相消，的暗纹。每一明条纹或暗条纹都与一定的值对应，也就是与劈尖的厚度d相对应。在两玻璃片相接触处，劈尖的厚度d0，由无半波损失的存在，所以在棱边处为明条纹。任何相邻明条纹或暗条纹所对应的厚度差为： 我们分析实验采用空气劈尖，n=1。若相邻两条明条纹或暗条纹之间的距离为则可知：因为角度很小，所以所以为使实验条纹凹凸明显，使越小，就越大，即干涉条纹越疏。当平面平整时，厚度均匀变化，条纹为直线。当显微镜中的图像有一下凹，条纹是等厚的点的轨迹，下凹就是厚度增加，于是这里的厚度等于比此处远离劈棱处（厚度为o的地方）的地方的厚度，远离劈棱的地方的轨迹偏到这里来，总体情况就是：条纹向劈棱方向偏。若有一凸起，向远离劈棱的方向偏。第三章实验步骤将两块玻璃板叠在一起，在一侧放一块薄片，将一束单色光垂直照射到上玻璃板，在光学显微镜内观察干涉条纹。用图甲所示的空气劈尖检查部件表面的平整度，出现如图乙、丙所示的条纹。用干涉法检查平面，如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等距的。如果某处凹下去，则对应明纹（或暗纹）提前出现，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图丙所示。（注“前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左向右的位置顺序上。）图 3实验结果表明，条纹向劈尖的顶角侧弯曲时说明部件该处是一个下凹的；条纹远离顶角弯曲时，部件该处是凸起的。第四章实验误差分析两玻璃板之间的角度要控制好，如若过大，将无法观察到实验现象，若过小，条纹将分辨不出来。其次，要注意劈尖的质量。本实验必须小心实验误差，否则将观察不到实验现象。第五章实验总结在实验中，越来越注重实验的准确性，有些实验仪器必须保持一定的平整度，精确实验结果。在生活中，工厂生产的产品也注重产品的质量，提升产品的光洁度，运用劈尖干涉原理对产品的检测是一种很好的方法。 参考文献1 赵新闻，扬兵初，黄生祥. 对劈尖薄膜等厚干