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燕山大学 常见光学仪器原理及使用实验报告 题目： 干涉显微镜 学院（系）：信息科学与工程学院 年级专业： 09级光电子1班 学 号： xxxxxx 学生姓名： xxxx 指导教师： xxxx 实验目的 采用通过样品内和样品外的相干光束产生干涉的方法，把相位差(或光程差)转换为振幅（光强度）变化的显微镜，根据干涉图形可分辨出样品中的结构，并可测定样品中一定区域内的相位差或光程差。由于分开光束的方法不同，有不同类型的干涉显微镜，以及用于测定非均匀样品的积分显微镜干涉仪。 实验仪器 干涉显微镜 实验原理 干涉显微镜是干涉仪和显微镜的结合。将被测件和标准光学镜面相比 119 较。用光波波长作为尺子来衡量工件表面的不平深度。由于光洁度是微观不平深度。所以用显微镜进行高倍放大后再行观察和测量。 为了获得干涉，必须使光源 S 发出的光束经分光板 T 后分为两束； 一束透过分光板 T， 补偿板 T1， 显微物镜 O2 后射向被测工件 P2 的表面；由 P2 反 射后经原路返回至分光板 T，再在 T 上反射，射向 观察目镜 O3；另一束由分光板 T 反射后通过物镜 O1 射到标准镜 P1 上，由 P1 反射，再经物镜 O1 并透 过分光板 T，也射向观察目镜 O3。它与第一束光线 相遇，产生干涉。通过目镜 O3 可以看到定位在工件 表面上的干涉条纹。 分光板 T、补偿板 T1、物镜 O1 、O2 以及标准 镜 P1 等都经过精密加工，如果被测工件表面也是同 样精密那么就可以得到没有曲折的直接干涉条纹。 调节 P1 、P2 至物镜 O1 、O2 的距离，使目镜 视场中能清晰的看到 P1 、P2 的表面像。同时物镜 O1 、O2 离分光板分光点的光学距离相等时，说明干涉仪的二臂之长相等，视场中出现零次干涉条纹。 用白光照明时， 视场中央出现两条近似黑色对称条纹；再其次，对称分布着数条彩色条纹。 使 P2 作高低方向微量移动时，视场中干涉条纹也作相应的位移。P2 的移动量 t 与视场中干涉条纹的移动量 ΔN 有确定的关系，t 等于λ/2 时（λ为光波的波长）视场中干涉条纹移动一个条纹间隔，即原来零次条纹移到 1 次条纹的位置，原来 1 次条纹的位置移到 2 次条纹的位置。如果 P2 上有一凹穴或凸缘，其凹凸的深度为 t，那么在视场中此凹凸部分成像处的干涉条纹也相应弯曲。弯曲量ΔN（单位为条纹间隔数量，几个条纹或几分之一个条纹间隔）与 N 也与上述一样有确定关系,即，t = (λ )N 。因此测量时与干涉条纹的视见宽度无关。 本仪器就是用测量现场中干涉条纹的弯曲量，反过来推算出零件表面的不平深度。 仪器上的干涉滤色片，使白光过滤后，只有半宽度很小的这部分单色光通过仪器，这种单色光有较好的相干 性。因此在使用仪器时为寻找干涉条纹提供了方便；同时，这种单色光有确定的波长值，因而能提高测量精度。 实验步骤 （1）目测的方法 先估计干涉条纹的宽度； 估计干涉条纹的弯曲量； 确定上述两者的比例 N ； 白光时，用确定的比例乘以 0.27 微米；使用单色光时乘以相应的半波长。 （2）利用测微目镜测量 把测微目镜十字线中一条和干涉条纹的方向平行，另一条与被测量表面划痕方向平行， 此时用固定螺丝将测微目镜固紧。 不平深度测量分为三个步骤： ①测量条纹之间的间隔 在白光工作时，用两条黑色条纹进行测量，条纹的间隔值用测微目镜上鼓轮分划数来表示。为了提高测量精 度，将十字线对准条纹的中间，而不是条纹的边缘。 移动测微目镜视场中十字线， 使其与干涉条纹方向平行的一条刻线对准一黑色干涉条纹下凸缘的中间， 此时 得到第一个读数 N1。然后将同一条刻线对准另一条黑色干涉条纹下凸缘的中间，得到第二个读数 N2；或者在单 色光时，对准其它任何一条干涉条纹的中间，得到第二个读数 N2，但此时必须记住测量的两个干涉条纹间所包 含的间隔 n，为了提高测量精度，n 最好取 3 个以上。 ②测量条纹的弯曲量 121 干涉条纹的弯曲量，同样用测微鼓轮上分划数表示。用一条刻线对准干涉条纹下凸缘的中间，此时读数为 N3（同 N2） 。然后用同一条刻线对准同一条干涉条纹最大弯曲处的干涉条纹上凸缘中间，得到第二读数 N4 。 干涉条纹的弯曲值为多少个干涉条纹的间隔可用下式表示：N = N3 N4 n 条干涉条纹）。 ③计算不平深度 在白光工作时，宽度为一个干涉条纹的弯曲量相当于被测量表面不平深度为 用下式计算： t= N3 N4 条干涉条纹）微米 （n N 2 N1 式中：t……不平深度，微米 N1…测量间隔时第一次读数； N2…测量间隔时第二次读数； N3…测量条纹弯曲量