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1、一、用途激光平面干涉仪是一种使用方便的光学精密计量仪器，主要用于精密测量光学平面度。仪器配有激光光源（波长为632.8nm） 于干涉条纹可目视、测量读数。工作时对防震要求一般。该仪器 可应用与光学车间、实验室、计量室。如需配购相关的必要附件，可精密测量光学平面的微小楔角、光 学材料折射率n的均匀性，光学镀膜面或金属块规表面的平面 度，90度棱镜的直角误差及角锥棱镜单角和综合误差。二、主要数据1.第一标准平面（A面），不镀膜。工作直径：D 1=146mmX不平度小于0.02um2. 第二标准平面（B面），不镀膜。工作直径：D2= 140mm不平度小于0.03um3. 准直系统：孔径F/2.8,工
2、作直径：D 0 = 146mm焦距：f=400mm4测微目镜：焦距f=16.7mm,放大倍数=15X，视场角2W=40 成像物镜：1.D=4.5 II.D=7 III.D=10F=15 f=23 f=375. 工作波长：632.8nm6. 干涉室尺寸：深 260X宽300X190mm。7. 光源规格：激光 ZN18 （ He-Ne）。8.仪器的外形尺寸：长 X宽X高350X400X720mm9.仪器重量：100公斤图二第二标准平面（B面）三、工作原理本仪器工作基于双光束等厚干涉原理。根据近代光学的研究结果，光兼有波动与颗粒两重特性。光的干 涉现象是光的波动性的特性。因此，介绍本节内容时，仅在光
3、的 波动性的范围内讨论，例如，把光”称为 光波” 平行光”称为平面光”。波长为的单色光经过仪器有关的光学系统后成为平面波M。（如图三所示），经仪器的标准平面P1和被检系统P2反射为平面波M1和M2。M1、M2即为两相干光波，重叠后即产生等厚干涉条 纹。P1J-AZ等厚干涉原理能够产生干涉的光束，叫相干光。相干光必须满足三个条件：1震动方向必须一致，2.频率相等：3光束必须相遇，且在相遇点处的相位差 在整个时间内为一常量。如图三（3）基准面P1,被测面为P2当平行 光束是S-S射到基准面P1上时，其中一部分反射为S-S；另一部分折射为B-F，进入基准面和被测面之间的空气层内，经被测零 件的上表面
4、P1反射之后，沿方向S-S射出。两束光在C点处相遇，其光程差 为：=（BF+FCn-EC.n （1）式中n和n分别表示玻璃和空气的折射率。h 由图三（3）可得：BF=FC= （2式中h空气层的厚度；i和i 分别为入射角和折射角由厶BEC和厶BCF可行EC=BCsi n i （3）BC=2h tg i （4）将公式（4代入（3）后，再和（2）一起代入（1）得：。（ I -sin i）_2hncos icos 1因为n sin i二n s所以，6 = 门 （1-sin i）- COS 1空气的折射率n=1,故=2 h cos i 由于光线在被测零的表面上反射，其位相将发生/2的突变，故光程差巧应该
5、用下式来表示：右-2 h cos X 2(5)为了讨论方便起见，将公式（5）写成如下的形式:S =2 h cos2m t 1 tv当式中的m为整数时，m即为干涉级数。由于这时相干光的初始相位 差=0所以m即为干涉条纹的条纹数，亦即通常所说的光圈数。由公式(5)可以看出：光程差 的大小仅仅与空气层的厚度和光线的折射角有关。相干光束以相同的倾角射入空气层，由于 空气厚度的变化，所呈现的亮暗相间的干涉条纹是对空气层上 等厚度点的轨迹，这类干涉就称为等厚干涉。见图三(2)由于仪器的标准平面P1具有很高的精度，因此可 以认为：经P1反射后的波面M1与M0完全相同。假使被检系统P2没有误差，因此也可以认为
6、：经 P2反射后的波面M2 与M0完全相同，即与M1完全相同。如果M1、M2之间存在楔角，则两波面叠加相干时，得到平行的、直 线的、等间距的一系列干涉条纹，相邻两条纹的间隔 一一即条纹宽度 B由下决定：B=(以弧线计(6)3 A式B=(以秒计算(7 当B =632.8nm时(He-Ne激光输出波长)时,B=130.528/(mm) (8由(6)( 7)( 8)式可知：愈大，B愈小，条纹愈密，窄（图四a）愈小，B愈大，条纹愈疏，宽（图四b）=0, B=，干涉场为一片颜色（图四c）如果被检系统P2存在缺陷，则反射波面 M2将产生对M1的某些偏 离，此时将产生与下述不同的干涉条纹。图四如M2是一半径
7、很大的球面波，则可能得到圆弧的干涉条纹 （图五a。如M2是一半径不是很大的球面波，则可能得到一系列圆环形的 干涉条纹（图五b）如M2是柱面的波形，则可能那个得到一系列直线的平行的，但间距不 等的干涉条纹也可能得到弯曲的，但不是圆弧状的干涉条纹（图六a）如果M2是一个不规则的波面，则得到相应不规则的干涉条纹（图六a）因此，我们得到的干涉图正确地表现力经被检系统反射形成的波面的 全部误差信息，对这些条纹进行正确地解释或计算，可以测得被检系 统的误差。对于被检平面，常用N、N来表示其平面性精度。图五M2M13图六M2M2M2Mlb四、仪器结构如图七所示，以检测光学平面为例。a光学结构：由组合星点G1
8、发出的单色光经棱镜G2后，投向主镜表面折射为平行光后，射向主镜下表面（A面）及被测光学平面，A面和被测光学平面反射回来的光重叠相干后，经棱镜G2反射，进入接收件。星点可由激光管G5、棱镜G6、光源强度调节发散镜G7组 成。接收件可以由人眼G10.成象物镜G15和测微目镜G11，或由分光棱镜G12，可动小孔G13和摄像头G14组成的摄像系统。b仪器结构：箱体1联系各部件、导轨2借助螺钉3固定光源，压圈4固 定接收器件。门可卸下去不用。底面7下有微调机构，借助与手轮8调节干涉条纹，凹型台有平行 槽，借助于插入工作台，工作台上有调节手轮，可粗调干涉条纹。图七仪器结构五、使用说明5-1激光光源的使用：
9、本仪器附有 =632.8nm的He-Ne激光光源（图八）。本仪器选用ZN18激光管（图九），安装激光管时，取下激光光源 后罩，松开两个附有弹簧片的黄铜螺丝，把激光管放入凹圆弧有机玻 璃座，须注意：1. 激光管的输出端须安放在光源部件的上方，即有两调节螺丝的 一端，市场上供应的激光管有正极性输出与负极型输出，究竟何极为 输出端参见所购激光管的说明书。2. 激光管座用带有弹簧片的黄铜螺丝压紧后，松紧适且，切忌压 得太紧。3. 插入相应电极插座。其后把激光电源安放在三角座2上，用螺钉3固定，然后接通电源，点亮激光管。4. 旋动调节螺丝25、26使激光束射在发散镜上。此时在观察孔观 察整个视场，调节至
10、整个视场内均匀地充满红光为止。5. 如发现视场内有杂乱的光环，那是发散镜外表上沾有灰尘衍射 而成的缘故，只需用干净的干纺绸擦拭发散镜或用气球吹发射镜表面 即可。6. 本仪器激光光源附有亮度调节圈 22，转动22即可调到你认为 合适的亮度。7. 激光管长期不用，同样会终止使用寿命，故备管不宜过多。5-2目视头的使用、测微头的使用：图八盘光光源1.目视头40借助与螺钉41固定在圈3上，即为 工作状态，此时，仪器标准面 A的反射象点位于目视接目框的中央。2测微头42,借助螺钉43,固定目视头的接目框上，本仪器附有三种规格的测微器（图十），其成像物镜分别为:F15、F23、F37三种，测微器目镜均匀为
11、15X测微目镜，三种规格的测微器使用范围见下表一。3借助与测微目镜的鼓轮与可移动分划板，可测得干涉条纹的宽度、弯曲度，根据国家表一规格焦距（mm）F1515F2323F3737光圈识别”标准，可测得光圈数N、 N等数据。放大倍率（3）适用被测系统口径0.56 90 1500.86 50 1051.39 6C以下图图九激光管图十目视、测微目镜与成像物镜5-3门的使用本仪器工作室装有保温与防气流使用的门。门的拆卸是十分方便的，在车间工作的往往不要门，此时可拆去不用 （图十二）。门的开启借助于白色长柄10，向下按后向外拉，门即开启。把门推 上，即弹簧舌头自动把门卡紧。M图十二门开启状态5-4底座部分
12、的使用底座6内具有凹形的承物框 乙 框侧为两相对成排的凹形槽，借助于插 入各种工作台。凹形承物框7下有调节机构，借助于手轮8,可方便地调节承物框的倾 斜，从而可根据测量目的完成所需的调节。须注意：在一般情况下，尽量使承物框的底面与底座门框下边平 行。因底座上的调节机构适合精密微调，工作台附有必要的粗调机 构，一般情况下，在门关闭后，使用调节手轮 8。5-5工作台的使用工作台（图十三可插入不同高度的凹槽内图十三工作台图十四激光电源箱工作台具有两个调节螺钉，借助与此可调节干涉条纹，并附有四叉的升降调节器，叉球自右向左侧工作台下降。工作台的微量升降在某 些测量中是必需的。工作台上方具有直径为 170
13、mm勺载物台，用与 承放被测件六、测量光学平面的调节方法6-1测量光学件的平面度如果被测件是一平行板，建议在非被检面涂上凡士林油，防止该面 的反射光不怕干扰，例如产生絮乱背景条纹，影响条纹的对比度。把被检件K放在工作台84上（图十五a）,被检面朝上，选择合适高 度的凹槽把工作台插入。人眼距离观察孔 200mm左右观察，可见到两 个分开的星点，中央的一点为仪器标准面 A形成的，另一点是被检面 形成的，调节工作台上的两个手轮，两个星点逐渐重合，此时眼睛顺 着星点靠近观察孔，可见到细而密的干涉条纹，继续调节手轮，干涉 条纹由密到疏，直到你认为需要的条纹数量与方向（图十五b）如果被检件须恒温，则可关上
14、门，在外面借助手轮8调节干涉条干涉条纹的解释与定量须照国家标准光圈标准”6-2光学平板微小楔角的直接干涉法（图十六）光学平板的两个面反射后自身引成干涉条纹，如果光学平板两个面的夹角为B,平板材料折射率为n,则两个相干波面的夹角&为=2.n. B （9结合（8）式，可得B=65.264/n.（目0）当n=1.5时B=43.5/ B （11或 B =43.5/B （12）F表三列出光学平板（n=1.5）楔角B对应的条纹宽度值:图十五测量光学平面平面度 _ B-29mm图十六光学平板微小楔角的直接干涉法表二B (秒)B (mm)B (秒)B (mm)B (秒)0.4108.752.517.490.587314.5104.8
