菲索干涉仪之基本原理

菲索干涉仪之基本原理发布时间:2008-4-2 20:01:46 返回 菲索干涉仪 菲索干涉仪（图1）又可称为光学平板，通常用来检验经过研磨或抛光加工的工件，例如测微器砧座、精测块规、卡规、精密研磨平面、光学玻璃皆可使用菲索干涉仪来检验。其加工状况。利用菲索干涉仪作检验的工件，表面须经过研磨或抛光加工，以求工件表面之反射光线有足够强度，以便与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带，因此一般加工表面，因为表面不光滑或太粗糙，工件表面之反射光线太弱，与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带也太弱而无法分辨，另外，工件表面太粗糙时，空气楔间隔也太大，造成条纹太密，以致肉眼无法观察。图 1 菲索干涉仪菲索干涉仪利用光波干涉原理而形成明暗相间的色带，很多场合都只把菲索干涉仪当作定性分析的工具，但事实上，以此色带的数目及形状便可以作微小尺寸，菲索干涉仪的原理可由光的干涉原理来解释，菲索干涉仪部份反射镜与反射面的空气楔间隔为 d，则菲索干涉仪部份反射镜的作用面与工件表面分别会反射光线，因为工件反射面所反射的光比菲索干涉仪部份反射镜的作用面所反射光线多走了 2d 的光程差，因此造成两道光干涉所需之相位差，因而形成干涉条纹，干涉条纹可以肉眼观察，亦可以CCD 照相取得， 由黑色干涉条纹数可以推算出空气楔间隔的大小，考虑光波从疏介质进入密介质波前相位改变 180 度，其黑色干涉条纹之公式如下: 2d = (n +1/2 ) l n :为条纹数d :空气间距l :空气间光波的波长在作干涉条纹之定量分析时，并不须刻意去找寻接触点或基准点，若光学平板与工件被测面呈一微小角度相交，其上所产生出的条纹分别表示菲索干涉仪与被测面相对点的空气楔高度。我们可以任意令工件表面某点为基准点，依此向前后左右推得工件表面整体的空气楔高度，最后将光学平板之倾斜高度扣掉，即得工件被测面之表面起伏情形。初次使用菲索干涉仪的人可能会迷惑于干涉条纹数常因空气楔高度的改变而改变，亦即将菲索干涉仪之光学平镜下压时，干涉条纹数目通常变少，干涉条纹间隔加大，但如扣掉菲索干涉仪之光学平镜倾斜高度，则工件被测面之表面起伏情形结果应一致。菲索干涉仪之光源可使用发出单一波长的气体放电灯，例如氦气和钠灯，若使用普通光，则无法看到条纹，因为普通光具有各种波长，导致各种条纹互相迭合无法辨识。使用单色光即可避免上述情形，唯须在其同调长度内测量。像氦氖灯这种单色光，其同调长度很短，如果不在这个很短的距离量测的话，就得不到干涉条纹，所以光学平镜必须与待测物贴紧来量测，这样的量测有一缺点：即是会磨损光学平镜与待测物。其解决之道，就是采用同调长度较长的雷射光来量测，可将光学平镜和待测物分开一段距离。氦氖灯价格7万元至15万，氦气雷射价格1万至 万元，但使用雷射时须加上光束扩散架设装置。至于菲索干涉仪之条纹之分析可直接将光学平镜量测所得之条纹建立一个高度对照表再利用最小平方误差的方法将倾斜面之高度差消除掉此法又可称为倾斜面消除法。有些人在测量时，对光学平镜、施力不同，而得到不同的条纹，认为光学平镜不准确，事实上，只是因为施力不同造成不同的倾斜面，此时必须将倾斜面因素扣除，仍然都能得到相同的结果。另外值得一提的是光学平镜的第二种检查方式（目前最常用），如果待测物表面很平，则检查的条纹应该是互相平行的直线，且彼此间间隔相等。如果有斜线产生，则对此斜线作一切线：视其与相邻的第几条干涉条纹相交，切线与隔二条条纹的干涉条纹相交，我们可称其偏差量为二个暗带。最后可得实际偏差量2 /2 （当使用氦气灯时，/2=0.294m ），这种检查法实施简单，因此为一般机械工厂品管人员所乐用，但只能提供初步判断，对于一些特殊条纹，例如条纹彼此平行且为直线，但间隔不相等时，就必须用倾斜去除法来量测，或者将光学平镜作各种倾斜方向来量测，亦可消除此类误差。干涉仪之基本原理 菲索干涉儀 菲索干涉仪 菲索干涉儀（圖1）又可稱為光學平板，通常用來檢驗經過研磨或拋光加工的工件，例如測微器砧座、精測塊規、卡規、精密研磨平面、光學玻璃皆可使用菲索干涉儀來檢驗。 菲索干涉仪（图1）又可称为光学平板，通常用来检验经过研磨或抛光加工的工件，例如测微器砧座、精测块规、卡规、精密研磨平面、光学玻璃皆可使用菲索干涉仪来检验。 其加工狀況。 其加工状况。 利用菲索干涉儀作檢驗的工件，表面須經過研磨或拋光加工，以求工件表面之反射光線有足夠強度，以便與菲索干涉儀的作用面所反射光線相干涉而形成色帶，因此一般加工表面，因為表面不光滑或太粗糙，工件表面之反射光線太弱，與菲索干涉儀的作用面所反射光線相干涉而形成色帶也太弱而無法分辨，另外，工件表面太粗糙時，空氣楔間隔也太大，造成條紋太密，以致肉眼無法觀察。 利用菲索干涉仪作检验的工件，表面须经过研磨或抛光加工，以求工件表面之反射光线有足够强度，以便与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带，因此一般加工表面，因为表面不光滑或太粗糙，工件表面之反射光线太弱，与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带也太弱而无法分辨，另外，工件表面太粗糙时，空气楔间隔也太大，造成条纹太密，以致肉眼无法观察。 圖1 菲索干涉儀 图1菲索干涉仪 菲索干涉儀利用光波干涉原理而形成明暗相間的色帶，很多場合都只把菲索干涉儀當作定性分析的工具，但事實上，以此色帶的數目及形狀便可以作微小尺寸，菲索干涉儀的原理可由光的干涉原理來解釋，菲索干涉儀部份反射鏡與反射面的空氣楔間隔為d，則菲索干涉儀部份反射鏡的作用面與工件表面分別會反射光線，因為工件反射面所反射的光比菲索干涉儀部份反射鏡的作用面所反射光線多走了2d的光程差，因此造成兩道光干涉所需之相位差，因而形成干涉條紋，干涉條紋可以肉眼觀察，亦可以CCD照相取得，由黑色干涉條紋數可以推算出空氣楔間隔的大小，考慮光波從疏介質進入密介質波前相位改變180 度，其黑色干涉條紋之公式如下: 菲索干涉仪利用光波干涉原理而形成明暗相间的色带，很多场合都只把菲索干涉仪当作定性分析的工具，但事实上，以此色带的数目及形状便可以作微小尺寸，菲索干涉仪的原理可由光的干涉原理来解释，菲索干涉仪部份反射镜与反射面的空气楔间隔为d，则菲索干涉仪部份反射镜的作用面与工件表面分别会反射光线，因为工件反射面所反射的光比菲索干涉仪部份反射镜的作用面所反射光线多走了2d的光程差，因此造成两道光干涉所需之相位差，因而形成干涉条纹，干涉条纹可以肉眼观察，亦可以CCD照相取得，由黑色干涉条纹数可以推算出空气楔间隔的大小，考虑光波从疏介质进入密介质波前相位改变180度，其黑色干涉条纹之公式如下: 2d = (n +1/2 ) l 2d = (n +1/2 ) l n :為條紋數 n :为条纹数 d :空氣間距 d :空气间距 l :空氣間光波的波長 l :空气间光波的波长 在作干涉條紋之定量分析時，並不須刻意去找尋接觸點或基準點，若光學平板與工件被測面呈一微小角度相交，其上所產生出的條紋分別表示菲索干涉儀與被測面相對點的空氣楔高度。 在作干涉条纹之定量分析时，并不须刻意去找寻接触点或基准点，若光学平板与工件被测面呈一微小角度相交，其上所产生出的条纹分别表示菲索干涉仪与被测面相对点的空气楔高度。 我們可以任意令工件表面某點為基準點，依此向前後左右推得工件表面整體的空氣楔高度，最後將光學平板之傾斜高度扣掉，即得工件被測面之表面起伏情形。 我们可以任意令工件表面某点为基准点，依此向前后左右推得工件表面整体的空气楔高度，最后将光学平板之倾斜高度扣掉，即得工件被测面之表面起伏情形。 初次使用菲索干涉儀的人可能會迷惑於干涉條紋數常因空氣楔高度的改變而改變，亦即將菲索干涉儀之光學平鏡下壓時，干涉條紋數目通常變少，干涉條紋間隔加大，但如扣掉菲索干涉儀之光學平鏡傾斜高度，則工件被測面之表面起伏情形結果應一致。 初次使用菲索干涉仪的人可能会迷惑于干涉条纹数常因空气楔高度的改变而改变，亦即将菲索干涉仪之光学平镜下压时，干涉条纹数目通常变少，干涉条纹间隔加大，但如扣掉菲索干涉仪之光学平镜倾斜高度，则工件被测面之表面起伏情形结果应一致。 菲索干涉儀之光源可使用發出單一波長的氣體放電燈，例如氦氣和鈉燈，若使用普通光，則無法看到條紋，因為普通光具有各種波長，導致各種條紋互相疊合無法辨識。 菲索干涉仪之光源可使用发出单一波长的气体放电灯，例如氦气和钠灯，若使用普通光，则无法看到条纹，因为普通光具有各种波长，导致各种条纹互相叠合无法辨识。 使用單色光即可避免上述情形，唯須在其同調長度內測量。 使用单色光即可避免上述情形，唯须在其同调长度内测量。 像氦氖燈這種單色光，其同調長度很短，如果不在這個很短的距離量測的話，就得不到干涉條紋，所以光學平鏡必須與待測物貼緊來量測，這樣的量測有一缺點：即是會磨損光學平鏡與待測物。 像氦氖灯这种单色光，其同调长度很短，如果不在这个很短的距离量测的话，就得不到干涉条纹，所以光学平镜必须与待测物贴紧来量测，这样的量测有一缺点：即是会磨损光学平镜与待测物。 其解決之道，就是採用同調長度較長的雷射光來量測，可將光學平鏡和待測物分開一段距離。 其解决之道，就是采用同调长度较长的雷射光来量测，可将光学平镜和待测物分开一段距离。 氦氖燈價格7萬元至15萬，氦氣雷射價格1萬至5萬元，但使用雷射時須加上光束擴散架設裝置。 氦氖灯价格7万元至15万，氦气雷射价格1万至5万元，但使用雷射时须加上光束扩散架设装置。 至於菲索干涉儀之條紋之分析可直接將光學平鏡量測所得之條紋建立一個高度對照表再利用最小平方誤差的方法將傾斜面之高度差消除掉此法又可稱為傾斜面消除法。 至于菲索干涉仪之条纹之分析可直接将光学平镜量测所得之条纹建立一个高度对照表再利用最小平方误差的方法将倾斜面之高度差消除掉此法又可称为倾斜面消除法。 有些人在測量時，對光學平鏡、施力不同，而得到不同的條紋，認為光學平鏡不準確，事實上，只是因為施力不同造成不同的傾斜面，此時必須將傾斜面因素扣除，仍然都能得到相同的結果。 有些人在测量时，对光学平镜、施力不同，而得到不同的条纹，认为光学平镜不准确，事实上，只是因为施力不同造成不同的倾斜面，此时必须将倾斜面因素扣除，仍然都能得到相同的结果。 另外值得一提的是光學平鏡的第二種檢查方式（目前最常用），如果待測物表面很平，則檢查的條紋應該是互相平行的直線，且彼此間間隔相等。 另外值得一提的是光学平镜的第二种检查方式（目前最常用），如果待测物表面很平，则检查的条纹应该是互相平行的直线，且彼此间间隔相等。 如果有斜線產生，則對此斜線作一切線：視其與相鄰的第幾條干涉條紋相交，切線與隔二條條紋的干涉條紋相交，我們可稱其偏差量為二個暗帶。 如果有斜线产生，则对此斜线作一切线：视其与相邻的第几条干涉条纹相交，切线与隔二条条纹的干涉条纹相交，我们可称其偏差量为二个暗带。 最後可得實際偏差量2 /2 （當使用氦氣燈時，/2=0.294m ），這種檢查法實施簡單，因此