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1、第一章：为何使用干涉仪做检测1-1干涉度量学第一章为什么要使用干涉仪检测首先我们要先了解，什么是干涉度量学？所谓干涉度量学是指利用光干涉的效应来量测特定物理量的方法，也就是说藉由观察干涉条纹的变化，来量测出待测物的特征下载可编辑1-2何谓干涉仪干涉仪是什么？一般来说，只要是利用光干涉的原理来量测的仪器便可以称为干涉仪，但是干涉仪的种类众多且多变化，因此本课程中将针对最为外界常用之种类作介绍干涉TTJ靛；端.亨利用光干涉原理量测之衡器便(8於干涉谶。1-3干涉仪之优缺点干涉仪的优点及缺点第一高精度以光学组件来说，因为组件的微小变化均会严重改变原有的光学质量，因此必须要有非常精确的量测仪器，干涉仪
2、具有精度非常高的优点，最高可达1/100的波长甚至到1/1000的波长，波长是指干涉仪中使用光源的波长值.举例来说：一般干仪的波长为632.8(nm，而632.8的百分之一约为6个(nm),目前的奈米科技是在这个尺度，甚至有些更好的干涉仪可以到0.6个(nm),从此可以看出干涉仪的精度有多好了第二章：非球面玻璃模造的原理第二.非接触式量测另一种量测用的轮廓仪是使用接触式的量测方式，即使目前已可以微调接触的力量，但对于表面较脆弱的被量测物是否真的完全不会造成损害则仍无法确定.而当用干涉仪量测时，是把光照射到被量测的物体上，所以干涉仪上的探针也就是光，并不会对物体表面照成任何伤害第三使用探针来量测
3、时无法一次量测所有的面积，而可能必需分很多扫瞄线去量测，相对来说干涉仪的量测速度就非常快了，可能几秒钟就量完了，而不需要等待几个小时的时间.第四则是干涉仪的缺点，一个操作员在会使用干涉仪却不太清楚干涉仪的使用限制、条件及原理的时候，可能会量测到不是他所要的东西，而且，因为干涉仪是用光线量测，在调整上也会花费多的时间，可能量测结果只要花几秒钟，但事前的调整却要花费几十分钟甚至数个小时第二章：干涉仪工作原理2-1光干涉2-1.1为何光有干涉现象干涉仪工作原理我们是用干涉仪量测，所以先要了解什么是光干涉？为什么光有干涉现象？光的干涉现象有二个原因，第一光像是波一样，具有波的特性，我们在丢一块小石子在
4、池塘中，就会看到很多涟漪向外扩散传播，这就是波，而光就可以用波来描述.第二波的迭加原理，我们之所以能够看到干涉条纹的明暗变化，就是因为迭加原理所造成的，这是二个造成光干涉现象的基本条件除此之外，偏振光的特性，是否同相位的特性也是造成光干涉现象的条件耦何有光干涉现寐光具有波之特性o波的媒加原理由上述雨雨基本修件，便造成之干涉现象期串醐副帼由黑翦威光千期蔬餐的耀等W2-1-2由迭加原理说明干涉现象由迭加原理说明干涉现象:1 .破坏性干涉如上图所示，假设蓝色波的最高值与红色波的最低值在同一位置时，其相加数值为0,所以当蓝色及红色二个波一起出现的时候，迭加起来就会变成中间的黑线，因为光具有波的特性，所
5、以如果2个波长彼此正好相差一半的波长时，也就是相位差冗时，画面就会呈现全亮或全暗而完全看不到条纹，以上图来看因为蓝色波的最高点到红色波的最高点距离相差7此时我们就称做破坏性干涉2 .建设性干涉如下图所示，假设蓝色波与红色波的最高值在同一位置时，其相加数彳t就是2,当蓝色波与红色波完全重迭在一起时，迭加起来就会变成较高的黑线，当我们肉眼看到时，黑线的最高点就会变亮，最低点则较暗，而会有明暗的线条变化，我们就称做建设性干涉当蓝色波与红色波的相加数值为02以内时，波长会较为平缓，就会产生灰阶的渐层条纹变化了.跟黑性干涉 皆H2 owmiQ Et G 讶； 7建投性干涉n2-1-3干涉条纹之定量描述对
6、建设性干涉而言，2个波的差异需满足公式：opticalpath(n*d)=m入opticalpath是光程差，光程差是指2个波的差异，当2道光从A点跑到B点时，距离为d及d,因此有一道波跑了nd,另一道波跑了nd那么2道光的差异为n(d-d),也可以变成nd2.如果nd2为波长人的整数倍时，就会有明暗的条纹变化，也就是建设性干涉而相反的当nd2刚好为二分之一波长的技术倍时便产生破坏性干涉条纹，公式为：opticalpath(n*d)=m入/2optical paih(n*d) tiloptical path(n*d)=m J2封建股性干涉而言波舆源之置I之差巽需满足 2波相巽的光程差（空第折射
7、率事距器）=m入封破填性干涉而言汲典汲之1之差宾需浦足 2波相宾的光程差（空索折射率本距81） =mL封建段性干涉而言，波奥波之置I之差巽需漏足2波相巽的光程差（空氮折射率*距跳卜e X公式：optical paih（n*dm Al电,宛件刈面展岫蹲2-1-4双光束干涉之数学描述双光束干涉之数学描述:假设2道光做干涉，这两到光的光强度分别为I1,I2,那么当这两道光产生干涉时便符合上述的公式.其中：I1+I2为干涉条纹的DC项，根号（I1I2）为干涉条纹的振幅大小，最后Cos（Delta）为相位项其中Delta扁是前面所提到的光程差.所以当光程差变化时，可以知道干涉条纹也会随着变化2-2如何判
8、断干涉条纹2-2-1干涉条纹种类那么我们如何判断干涉条纹因为我们不是随时随地都可以方便的使用干涉仪并藉由计算机来分析，所以我们必须用肉眼来判断，这也是最快最方便的方式.干涉条纹的种类有2种：第一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，我们在第一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a及b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班整拱衢研建院7千科徽
9、葩在菜匕匕啕，魏干件悔执工善慎赛斗母理理等厚度干小修St等度干茂修触f krATnnoeri：JI附哨依髀阳.J*Hh/JV 门，1口Ji riffii -J r修鼓等茴眉I目的一相翔之版代聂相同之胃度隔 Fnnpes and gM用 path 也舱馆n国(OPO) ndb /vtui tv* U JWlbntf u_i iflr 4f ri* Ji rh r KrmAi iiMij i/ir .,- f4i!ii iiN*：Wi耐小飞士 弋 aAubi - hrWVC E W BTWi13 崛批-lJ* hi , r j fij4 丸司Xe *由e 1 卬力I SIMfl7EMM4地加用4副
10、掰嗝平沙效由U3lL*轿HHHflHHHHHHBHHML 工工；-;加lj?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，pi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.而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舆使用等厚度干涉假*艮械is质M城干净修改的局圈：1.裳鼻履干曲便设匕 msrat等候度干茜保桢谢技衙砸宛摩 融宝羊至
11、二；尸Ig修尔的曜黑：L等库吧3方爆岐之誓馆三；过餐H等厚度干涉修SSL1：T I|卜口梨技砸群容除IIK生：里明铝E而J等fl度干涉像较由相罔角度的先嫌所指成 之千苒修蚊由指周域震的光龌初冠国 定干涉候触2-2-2-1干涉条纹判断应用实例一干涉条纹判断应用实例:应用一：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，在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最常使用的，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，在X方向与Y方向上的误差范围容忍度是多少.从图上来看，X方向上有1个条纹
12、，Y方向上则有3个条纹，也就是说，这个待测的组件，在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Surfaceirregularity同时差异量最大的地方我们定义为：POWER,也就是Y方向的3,而irregularity是看X方向与丫方向上的差异量，也就是2,所以从上图的干涉条纹我们可以知道待测物的Power为3、irregularity为2那到底什么是POWER,什么是irregularity?假设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方向与丫方向的
13、弯曲程度会可能不同，也就是说POWERS一样，我们就称为Surfaceirregularity,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,一般的雷射为632.8()波长，3/2的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.2-2-2-2干涉条纹判断应用实例一在前面提到在干涉仪量测中多用波长作为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，由A厂商使用人=500的干涉仪，判读数据为3/2,B厂商使用人=600的干涉仪判读数据也是3/2,那么使用500人干涉仪的A厂商所判读的数据必定是较好的，因为波长愈短的，转
14、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彳#到最正确的结果2-2-2-3干涉条纹判断应用实例一接下来的例子，我们要看的一样是POWERSirregularity我们可以从图A来判读POWERAirregularity是多少？加上十字坐标之后，X方向上有2.5个条纹，丫方向上则有1.5个条纹，所以这个镜片的最大弯曲量是2.5,X与丫的差距量是1,但是这个干涉图的结果却不是2.5/1当X方向与丫方向待测面的弯曲方向相同时,irregularity为2者相减，但X方向与丫方向待测面的弯曲方向不同时,irregularity则为两者相加.当X方向
15、与丫方向待测面的弯曲方向相同时，POWE醺最大值，但X方向与丫方向待测面的弯曲方向不同时,POWER!减.所以从这个图来判读的irregularity为1.5+2.5=4,X方向与丫方向可以视为同一个面，所以POWER12.5-1.5=1,因此，我们必须先知道所量测的是什么物体，否则所求得的数据也有可能是错误的.2-2-2-4干涉条纹判断应用实例一接下来我们来看看几种常见的干涉条纹:我们要注意的一件事是，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完全不同.左侧Withouttilt为：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Withtilt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,With
