縫寬或間隙的衍射測(cè)量

 
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> a) 了解激光衍射計(jì)量原理
b) 利用間隙計(jì)量法測(cè)量縫寬
二、實(shí)驗(yàn)原理
激光衍射計(jì)量的基本原理是利用激光下的夫朗和費(fèi)衍射效應(yīng)。夫朗和費(fèi)衍射是一種遠(yuǎn)場(chǎng)衍射。衍射計(jì)量是利用被測(cè)物與參考物之間的間隙所形成的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射來完成。當(dāng)激光照射被測(cè)物與參考的標(biāo)準(zhǔn)物之間的間隙時(shí)，這相當(dāng)于單縫的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射。當(dāng)入射平面波的波長(zhǎng)為λ，入射到長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為w的單縫上（L>w>λ），并與觀測(cè)屏距離時(shí)，在觀測(cè)屏E的視場(chǎng)上將看到十分清晰的衍射條紋。圖1是計(jì)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(qiáng)I的分布由物理光學(xué)知道有：

 式中：；θ為衍射角，I0是時(shí)的光強(qiáng)，即光軸上的光強(qiáng)度。
上式就是遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光強(qiáng)分布的基本公式，說明衍射光強(qiáng)是隨sinβ的平方而衰減。當(dāng)處將出現(xiàn)強(qiáng)度為零的條紋，即I=0 的暗條紋。測(cè)定任一個(gè)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(jì)量的原理。
因?yàn)?img height="46" src="http://m.zhdtlyjq.com/098218b26c86038f48c3e72f/a.files/a34201.png" width="102" />，對(duì)暗條紋則有

當(dāng)θ不大時(shí)，從遠(yuǎn)場(chǎng)條件，有

式中：xn為第n級(jí)暗條紋中心距中央零級(jí)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(jì)量的基本公式。為計(jì)算方便，設(shè)，t為衍射條紋的間隔，則

已知λ，R(R=f)，測(cè)定兩個(gè)暗條紋的間隔t，就可計(jì)算出w的尺寸。
當(dāng)被測(cè)物尺寸改變σ時(shí)，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(shí)衍射條紋中心位置和變動(dòng)后衍射條紋中心位置（條紋n不變）。
由一個(gè)狹縫邊的位置用上式就可以推算另一邊的位置，則被測(cè)物尺寸或輪廓完全可由被測(cè)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(jí)的非接觸的尺寸測(cè)量。
三、實(shí)驗(yàn)光路

圖3 實(shí)驗(yàn)光路圖
激光不用擴(kuò)束，直接照射工作臺(tái)19上的試件，在探測(cè)器上形成遠(yuǎn)場(chǎng)衍射條紋，即可測(cè)量。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1． 激光不擴(kuò)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(yàn)平臺(tái)
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(dòng)CCD使計(jì)算機(jī)圖像清晰，鎖定23
5． 記錄狹縫系列對(duì)應(yīng)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)衍射條紋間距
6． 更換不同狹縫，實(shí)現(xiàn)定標(biāo)和計(jì)量
五、實(shí)驗(yàn)表格

	衍射級(jí)數(shù)（n）	Xn	W
1
2
3

（其中R=180mm，l=632.8nm）