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長度與尺寸測量

發(fā)布時間:2024-01-30 14:17:08 瀏覽量:2106 作者:Luo

摘要

長度標準和在一定精度下測量長度的能力是非常重要的。測量長度可以使用機械方法涝影,如精密直尺枣察;也可以使用光干涉方法來測量,這一想法zui早由邁克爾遜在1887年提出燃逻。國際標準單位之一的米(m),被定義為真空中光在1/299792458s時間內(nèi)走的路程長度序目,隨后開辟了兩種長度測量的方法:①傳播延遲:長度L是真空中的平面電磁波在時間t內(nèi)傳播的路程,滿足關(guān)系L=ct,真空中光速為c=299792458m·s-1;②干涉測量法:平面電磁波真空波長為λ伯襟。頻率為f,滿足關(guān)系式λ猿涨。=c/f.本文主要介紹幾種干涉測量長度的方法供了解。

正文


長度與尺寸測量


1.干涉法長度測量的基本定律


干涉法長度測量的基本規(guī)律是用一個機械長度與一個已知的光的波長對比逗旁。一般來說嘿辟,這種光學方法設計光束兩次通過所需的長度。因此片效,測量單位是半波長红伦,被測長度表示為:


式中,λ為波長淀衣;i為干涉整數(shù)級昙读;f是干涉分數(shù)級。


利用半波長的倍數(shù)表示長度的方法取決于兩種或者多種光波的干涉強度膨桥,在雙光束干涉時表示為:



此時蛮浑,γ為干涉率,z1-z2為兩個光束通路之間的幾何距離差只嚣。因此沮稚,一個通路長度的改變會以單位λ/2來改變周期性干涉強度。在上式中位相的不同 2Π/λ/2(z1-z2)可以用真空波長表示為2Π/λ0/2(z1-z2)册舞。此時的n是通路中空氣的折射率蕴掏,n(z1-z2)表示兩個光路之間的差異而不是幾何距離差。


可見光的波長一般為400~700nm,因此測量的基本單位是200~350mm。(因為半波長)


2.測長干涉儀的基本類型


(1)泰曼一格林干涉儀


泰曼一格林干涉儀是一種使用準直光束的邁克爾遜干涉儀盛杰。其光路本質(zhì)和邁克爾遜干涉儀相同挽荡,都是采用分束器分光,兩束光再次重合進行干涉的方法即供。光路圖如下:



當測試對象通過一個平面鏡時定拟,每條入射光線的的傾斜角都是相等的,可看到的整個區(qū)域呈現(xiàn)相同的照明度逗嫡,光程差為mλ/2時是亮條紋青自,光程差是(m+1/2)λ時為暗條紋,此時m是一個整數(shù)祸穷。當一個平面鏡傾斜時這種情況也將改變性穿。此時勺三,直條紋出現(xiàn)在觀察區(qū)域雷滚,條紋的數(shù)目和方向嚴格依賴于傾斜度。當被測對象不是完全平面時吗坚,條紋彎曲而且不在空間均勻分布祈远。這樣的條紋圖像可以用于表面品質(zhì)的測試,也可以用于地形表面的分析.


分束鏡的二次反射可采用鍍制減反射膜來抑制商源,很小的雜散反射也可導致不利的干擾车份,對zui終干涉造成影響。另一種消除二次反射的有效方法是利用楔形分束鏡牡彻。這樣使得二次反射的方向與主射方向不同扫沼,導致聚焦透鏡的焦平面上的二次反射點能被一個合適的孔擋住,這樣就避免了反射光對zui終的干涉光束的影響庄吼。分束鏡的楔形角ε造成干涉光束一個很小的偏移缎除,為ε(n-1)。此處n是分束鏡的折射率总寻。當使用一個單波長時器罐,這個偏移可通過適當?shù)恼{(diào)整反射面進行補償,當使用不同波長時渐行,分光儀的散射造成觀察條紋數(shù)目的很大改變轰坊。這種散射影響可以在反射光路中放置一個楔形補償平板來進行補償。補償板的楔形角祟印、方向和基體材料都要和分束鏡一樣肴沫。


(2)斐索干涉儀


一束光進入干涉儀后在第1個表面半反射,在其他表面都幾乎全部反射蕴忆。多次反射產(chǎn)生多束光颤芬,分光儀分開入射光,得到多束光用于多光束干涉的分析。不必要的反射導致的有害干擾可以用楔形平板驻襟,如在光組中的一個小孔光學元件來消除夺艰。



  

用斐索干涉儀進行長度測量時與泰曼一格林方法類似,通過加入一個粘接在圓筒上的棱鏡進行沉衣,可以確定條紋位移的干涉分數(shù)級郁副。



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