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干涉条纹的判定方法

时间:2022-08-30      阅读:699

在干涉仪的日常使用中,尤其是生产车间现场,因为我们不是随时随地都可以方便的使用计算机来分析, 通常我们必须用肉眼来根据干涉条纹判断产品的好坏, 这也是的方式.

干涉条纹的种类有2:个是等厚度干涉条纹, 在等厚度干涉条纹中明暗的条纹会呈现等间隔的情形, 而且每个相邻的条纹代表相同的厚度间隔.
假设横线为标准面, 斜线为一个斜率固定的待测面, 当光线打过来的时候会产生折射现象, 我们在个射入点做一条与标准面平行的虚线, 在待测面会有光a反射回去, 在标准面时也会有光b反射回去从图可以看出光线ab所通过的路径是不同的,而当光程差恰为波长的整数倍时,就可以看到相同间隔的干涉条纹

 

第二个是等倾度干涉条纹, 是由相同角度的光线所形成的干涉条纹, P1这一点有一个干涉条纹, 它的来源是由4条实线所造成的, 而这4条实线对这个物体表面来说, 则是同一个角度的光所造成的, 因为物体为圆形, 所以会造成对称的效果.4条虚线则是由另一个角度的光所造成的, 并进而产生P2点的一个干涉条纹.因此由同样角度光线形成的干涉条纹我们就称为等倾度干涉条纹,不过在实际的应用上, 等厚度干涉条纹与等倾度干涉条纹是可能同时出现的.

应用:表面平整性

如果我们想从干涉图了解物体表面的平整性好不好, 可以在干涉图上画一个以中心为准的十字线, 数数看从中心点起, X方向上的条纹数及Y方向上的条纹数量有几个,这个量在光学工厂中是使用的, 当我们要求师父磨一个镜片时, 就可以告知我们对表面平整性的需求, X方向与Y方向上的误差范围容忍度是多少.

假设观察到X方向上有1个条纹, Y方向上则有3个条纹, 也就是说, 这个待测的组件, X方向与Y方向上的变化程度不一样, 这个变化程度就定义为表面平整性Surface irregularity同时差异量的地方我们定义为: POWER, 也就是Y方向的3, irregularity是看X方向与Y方向上的差异量, 也就是2, 所以从上图的干涉条纹我们可以知道待测物的Power3irregularity 2 那到底什么是POWER, 什么是irregularity ?
假定我们看的组件是眼镜的镜片, 从侧面看, 当有光打过来时镜片会聚焦, 不同的弯曲量聚焦的程度就会不一样, 我们称为放大率, , 而面的弯曲程度就定义为POWER. 而在镜片上的X方向与Y方向的弯曲程度会可能不同, 也就是说POWER不一样, 我们就称为Surface irregularity,
现在我们已经知道这个干涉图条纹的表示为3/2, 那么这个数字是代表多少? 他的单位就是波长, 一般为632.8nm波长, 3/2 3是指3个波长, 2是指2个波长, 在光学组件的计算之中通常是以波长来表示的.

注:在干涉仪测量中我们多用波长作为评判单位,所以我们还要注意到使用的干涉仪波长是多少。假设同一镜片, A厂商使用λ=500的干涉仪, 判读数据为3/2, B厂商使用λ=600的干涉仪, 判读数据也是3/2,那么使用500λ干涉仪的A厂商所判读的数据必定是较好的, 因为波长愈短的, 转换为数据时也会相对较小, 所以除了判读干涉图的数据之外, 还要注意干涉所使用的波长是否和要求相符才能得到的结果.

实例一:我们可以从图A来判读POWERirregularity 是多少?
加上十字坐标之后, X方向上有2.5个条纹, Y方向上则有1.5个条纹, 所以这个镜片的弯曲量是2.5, XY的差距量是1, 但是这个干涉图的结果却不是 2.5/1
X方向与Y方向待测面的弯曲方向相同时, irregularity2者相减, X方向与Y方向待测面的弯曲方向不同时, irregularity则为两者相加.
X方向与Y方向待测面的弯曲方向相同时, POWER取值, X方向与Y方向待测面的弯曲方向不同时,POWER相减.
所以从这个图来判读的irregularity1.5+2.5=4, X方向与Y方向可以视为同一个面, 所以POWER2.5-1.5=1, 因此, 我们必须先知道所测量的是什么物体, 否则所求得的数据也有可能是错误的.


几种常见的干涉条纹:

要注意在这些图中的干涉条纹都是由待测物和一个标准平面比较所造成的, 一旦比较条纹变了, 所造成的条纹也会全部改变, 而且相对应的状况也会*不同.
左侧Without tilt: 当没有倾斜效应进来的时候, 不同的待测面所产生的条纹变化
右侧With tilt则是: 当倾斜效应进来的时候, 不同的待测面所产生的条纹变化
当待测面为为平面时1或是2, Without tilt 会看不到条纹
当待测面为弯曲面3, Without tilt 会呈现边缘较密, 间距不等的同心圆条纹
当待测面是球面4, Without tilt 则会呈现间距较为相等的同心圆条纹
假设标准面为平面, 3的待测物形状可能为双曲线或椭球, 所以厚度变化较为剧烈, 4的待测物则可能为球面或接近球面的形状,
所以在做干涉仪测量, 想判断干涉条纹的形状时, 必须先了解待测物体的形状, 或者是由干涉条纹的形状, 来判断待测物体

因为干涉条纹会随着参考面的不同而不同, 所以当我想知道待测面的形状时, 就必须先知道标准面的形状是什么?现在我们以同一形状的待测物-凸透镜为例

当待测物为一个球面, 而参考面为一标准平面时,其干涉条纹可能为一同心圆分布, 但若参考面改为标准曲率之球面时,其干涉条纹则可能成为直线分布 ,发生同一待侧面却有不同干涉条纹分布的原因, 在于干涉条纹所看到的是待侧面与参考面之间的差异,因此, 如果要判断哪一个干涉条纹的待测物是球面, 就必须先了解, 测量时所参考的参考是什么?才能正确藉由干涉条纹判断出待测之面形.

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