第4章激光衍射测量.pptxVIP

激光衍射测量激光衍射是一种非接触式的光学测量技术,能够精确测量微小物体的形状和尺寸。通过分析衍射图像,可以获得样品的几何特性和内部结构信息。作者：

1.1引言激光衍射测量利用激光光波干涉产生的衍射图样,可以精准测量微小尺度物体的结构和特性。微观观测激光衍射测量技术可以用于观测和分析微米级甚至纳米级的物理和化学过程。广泛应用激光衍射测量在材料科学、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。

什么是激光衍射干涉效应的体现激光衍射是光波干涉效应在特定条件下的体现,当光波通过狭缝或者行经物体边缘时会形成干涉图样。产生明暗条纹这些明暗条纹的位置和强度分布特点,与光波波长、光路差等参数有关,可以用来分析物体的结构特性。高度相干的光源激光作为一种高度相干的光源,为衍射效应的产生和分析提供了理想条件。

激光衍射测量的应用场景微粒分析激光衍射技术可用于测量各种微粒,如气溶胶粒子、悬浮液中的颗粒等的粒径分布。薄膜测量通过分析衍射图样,可以准确测量各种薄膜材料的厚度,如半导体薄膜、涂料薄膜等。晶体分析激光衍射可以分析材料的晶体结构,如金属、陶瓷和高分子材料的晶体结构。表面粗糙度测量利用激光衍射可以快速、非接触地测量各种材料表面的粗糙度。

激光衍射原理激光衍射的原理涉及光波的干涉现象。通过双缝干涉实验可以解释激光衍射图形的形成过程。这种原理是激光衍射测量的基础,可以应用于各种材料分析和粒子测量。

光波干涉干涉原理当两束具有相同频率和相位的光波叠加时,会产生干涉效应。强干涉区域能量集中,弱干涉区域能量分散。这种干涉图样可用于测量微小位移和波长。双缝干涉光从两个狭缝通过会形成干涉图样。这种干涉图案可用于测量物质波长,从而确定物质粒子的性质。应用光波干涉在许多领域都有广泛应用,如精密测量、光学成像和量子通信等。

双缝干涉实验在双缝干涉实验中,两个狭缝接受相同频率和相位的光波,并产生干涉现象。这种干涉模式会在屏幕上形成亮暗条纹,反映了不同路径上光波的相位差。通过分析这些干涉条纹,可以了解光波的波动性质和衍射现象。

激光衍射图形的形成当单色激光光束照射到物体表面时,光波会发生衍射和干涉,从而形成一个独特的衍射图样。这个图样反映了被测物体的结构和特性,是激光衍射测量的基础。衍射图样的形成涉及到光波的干涉和衍射效应。光波在通过狭缝或物体边缘时会发生衍射,形成干涉条纹图样。这种图样的特点和强度分布则取决于物体的几何尺寸和材料特性。

激光衍射测量设备激光衍射测量需要专门的设备来生成和检测光波干涉图案。主要包括激光光源、光学系统和接收装置三大部分。它们协同工作,实现对微小粒子或薄膜的精准测量。

激光光源高度聚焦的光束激光光源能产生高度聚焦的光束,为激光衍射测量提供了所需的光源特性。这种光束在传播过程中保持极高的单色性和平行性。多种激光器类型激光衍射测量系统可采用气体激光器、固体激光器或半导体激光器等不同类型的激光光源,根据具体应用需求进行选择。单色性与波长可调激光器的单色性和波长可调性,为激光衍射测量提供了灵活的光源选择,可针对不同的实验需求进行优化。

光学系统1准直器利用透镜或反射镜将发散的激光束聚焦成平行光束,提高测量精度。2扩束器采用一组透镜或反射镜组件,可将激光束放大数倍,照射更大区域。3聚焦透镜将激光束聚焦到样品表面,为样品提供高能量密度的激光照射。4滤光器过滤掉不需要的光波长,确保只有感兴趣的衍射光通过。

1.3.3接收装置光电探测器将衍射图样转换为电信号,如光电二极管或光电倍增管。成像系统利用CCD或CMOS传感器捕捉衍射图样的二维图像。信号处理通过计算机分析电信号或图像数据,提取有用信息。

激光衍射测量的参数激光衍射测量涉及多个关键参数,包括衍射角、衍射强度分布和衍射图样。了解这些参数对于准确分析和解释衍射现象至关重要。

衍射角定义衍射角是指物体或缝隙在光波照射下产生衍射时,被观察到的光束偏离原来方向的角度。计算根据光波干涉原理,衍射角θ可以用入射光波长λ和缝宽d来计算:θ=λ/d。影响因素衍射角大小受光波波长、缝宽、入射角等参数的影响。调整这些参数可控制衍射角。

衍射强度分布衍射强度分布曲线衍射图样的强度分布呈现特定的波形曲线,可以用于分析样品的物理特性,如尺寸和形状。衍射图样当光波遇到障碍物时会产生干涉和衍射,形成独特的衍射图样,反映了样品的结构特征。衍射强度不同位置的衍射强度分布不同,可用于测量样品的尺寸、形状和浓度等参数。

衍射图样明亮的衍射图样当光波穿过一个缝隙或者一个小孔时,会在屏幕上形成一种特殊的衍射图样。这种图样由明亮的中央斑点和周围的暗淡条纹组成,被称为衍射图样。图案的成因这些明亮和阴暗的区域是由于光波的干涉而形成的。不同路径的光波在屏幕上会发生构造性或者破坏性干涉,从而形成明暗相间的条纹图案。衍射图样的应用衍射图样可以用于测量物