縫寬或間隙的衍射測量

 
一、實驗?zāi)康?br /> a) 了解激光衍射計量原理
b) 利用間隙計量法測量縫寬
二、實驗原理
激光衍射計量的基本原理是利用激光下的夫朗和費衍射效應(yīng)。夫朗和費衍射是一種遠(yuǎn)場衍射。衍射計量是利用被測物與參考物之間的間隙所形成的遠(yuǎn)場衍射來完成。當(dāng)激光照射被測物與參考的標(biāo)準(zhǔn)物之間的間隙時，這相當(dāng)于單縫的遠(yuǎn)場衍射。當(dāng)入射平面波的波長為λ，入射到長度為L，寬度為w的單縫上（L>w>λ），并與觀測屏距離時，在觀測屏E的視場上將看到十分清晰的衍射條紋。圖1是計量原理圖，圖2是等效衍射圖。在觀察屏E上由單縫形成的衍射條紋，其光強I的分布由物理光學(xué)知道有：

 式中：；θ為衍射角，I0是時的光強，即光軸上的光強度。
上式就是遠(yuǎn)場衍射光強分布的基本公式，說明衍射光強是隨sinβ的平方而衰減。當(dāng)處將出現(xiàn)強度為零的條紋，即I=0 的暗條紋。測定任一個暗條紋的位置變化就可以知道間隙w的尺寸和尺寸變化。這就是衍射計量的原理。
因為，對暗條紋則有

當(dāng)θ不大時，從遠(yuǎn)場條件，有

式中：xn為第n級暗條紋中心距中央零級條紋中心的距離，R為觀察屏距單縫平面的距離。
最后寫成：
這就是衍射計量的基本公式。為計算方便，設(shè)，t為衍射條紋的間隔，則

已知λ，R(R=f)，測定兩個暗條紋的間隔t，就可計算出w的尺寸。
當(dāng)被測物尺寸改變σ時，相當(dāng)于狹縫尺寸w改變σ，衍射條紋中心位置隨之改變，則

式中：w0, w分別為起始縫寬和最后縫寬；x0, x分別為起始時衍射條紋中心位置和變動后衍射條紋中心位置（條紋n不變）。
由一個狹縫邊的位置用上式就可以推算另一邊的位置，則被測物尺寸或輪廓完全可由被測物和參考物之間的縫隙所形成的衍射條紋位置來確定。
利用激光下形成的清晰衍射條紋就可以進(jìn)行微米量級的非接觸的尺寸測量。
三、實驗光路

圖3 實驗光路圖
激光不用擴束，直接照射工作臺19上的試件，在探測器上形成遠(yuǎn)場衍射條紋，即可測量。
四、實驗步驟
1． 激光不擴束，光路中插入反射鏡4及13
2． 將分光鏡14轉(zhuǎn)90º，18上試件夾上放黑紙屏或取消試件夾，讓透射光逸至試驗平臺
3． 切換試件夾19中的衍射試件(可調(diào)狹縫，玻璃基狹縫系列)
4． 移動CCD使計算機圖像清晰，鎖定23
5． 記錄狹縫系列對應(yīng)一級、二級、三級衍射條紋間距
6． 更換不同狹縫，實現(xiàn)定標(biāo)和計量
五、實驗表格

	衍射級數(shù)（n）	Xn	W
1
2
3

（其中R=180mm，l=632.8nm）