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1、光电信息实验（二）学生姓名：代中中雄专业班级：光电电1001学生学号：U22010133351指导老师：黄鹰鹰&陈晶田实验一 阿贝贝原则实验一、 实验目的1. 熟悉阿贝原则在在光学测长仪仪中的应用。二、 基本原理1. 阿贝比较原则 万能工具显显微镜结构及及实物图所示示。万能工具显微镜镜的标准件轴轴线与被测件件轴线不在一一条直线上，而处于平行状况。产生的阿贝误差如下： 一阶误差，即阿阿贝误差2结论 1）只有当导轨存存在不直度误误差，且标准件与被被测件轴线不不重合才产生生阿贝误差（一一阶误差）。 2）阿贝误差按垂垂直面、水平平面分别计算算。 3）在违反阿贝原原则时，测量量长度为的工件件所引起的阿阿
2、贝误差是总总阿贝误差的的。 4）为了避免产生生阿贝误差，在测量长度时，标准件轴线应安置在被测件轴线的延长线上（阿贝原则）。 5）满足阿贝原则则的系统，结结构庞大。3.阿贝测长仪仪阿贝测长仪中，标准件轴线与被测件轴线为串联形式，无阿贝误差，为二阶误差，计算形式如下：三、 实验内容1. 万能工具显微镜镜进行测长实实验1）仪器：万能能工具显微镜镜，精度：1微米。用1元、5角、1角的硬币，分分别测它们的的直径，用数字式计量光光栅读数及传传统的目视法法读数法。每每个对象测88次，求算数平均值值和均方根值值。2）实验步骤： 瞄准被测测物体一端，在读数装置上读一数；瞄准被测物体另一端，在读数装置上再度一数（
3、精度1微米）；两次读数之差即为物体长度。3）实验结果：次数12345678均值结果/mm11.45311.45111.45611.45811.46411.43811.44511.450数据处理：由8次测量结果果可以算出硬硬币的平均直直径，算数平均值：求均方根值：实验小结 通过本次实实验，学习了了阿贝原理以以及产生阿贝贝误差的原因因，并且具体运用用其测量了光光学仪器实际际物品，从而而熟悉阿贝原原则在测长仪仪器中的应用用，也明白了串联联式测量仪的的有点。实验二 激光平平面干涉仪实实验一、 基本原理 仪器：PGG15-J44型激光平面面干涉仪1台 内容：玻璃璃材料的平面面度测量 精度：1000nm激
4、光平面仪原理理图仪器结构 平面干涉仪仪基于双光束束等厚干涉原原理进行精密密观测。如图图3.1所示，图中s是扩展光源源，位于准直透镜镜L1的前焦面面上，发出的光束经经透镜L1准直后射射向玻璃片MM，再从玻璃片反反射垂直投射射到楔形平板板G上。入射光束在楔楔形平板下表表面的反射光光透过平板上上表面和玻璃璃片反射向LL2.按照确定定域域面的作图法法，可知定域面在在楔形平板内内部的BB的位置。如果果平板不是太太厚，且平板两表面面的楔角不是是太大时，定定域面非常接接近平板下表表面，这样如调节显显微镜L2对准平板板下表面，就就可在显微镜镜像平面E上观察到楔楔形平板产生生的等厚条纹纹。 平面干涉仪仪结构如图
5、33.2所示。由由组合星点G1发出的单单色光经棱镜镜G2后，投向主镜表面面折射为平行行光后，射向向主镜下表面面（A面）及被测光学学表面，A面和被测光光学平面反射射回来的光重重叠相干后，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，成像物镜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。二、 实验内容：1.玻璃材料的的平面度测量量。1） 测量局部误差 2） 测量整个面形误误差（用） 光圈数数 不足一一个光圈数平面度测量2.实验步骤： 参考图33.1和3.2，1）移开成像物物镜G15和测微微目镜G1
6、11，旋转调整左右右螺旋8，使平板绕水平平面的横轴或或纵轴微小摆摆动，出瞳S2绕S1转动直到到S2和S1接近重合合。2）装上成像物物镜G15和测微微目镜G111，继续旋转调整整左右螺旋88，直到G11视场中中干涉条纹清清楚。3）测量e和HH，计算平面度和和粗糙度。实验数据起始位置（格数）He对准位置（格）距离（mm）对准位置（格）距离（mm）80.5116.00.356135.00.5453.540.00.36554.50.51091.5124.00.325141.50.50010.042.00.32058.00.48069.099.00.300114.00.450数据处理：局部误差：面形误差
7、：实验小结 通过本次实实验，熟悉了了激光干涉仪仪的基本原理理机器结构，掌握了利用其测量面形误差的方法。实验三 原子力力显微镜一、实验目的 了解AFMM的基本使用用方法二、实验流程1.样品清洗2.开机3.水平调节和和偏差调节4.手动下针5.自动下针6.关机 1.样品品清洗一般情况下，根根据材料的不不同进行不同同的处理方式式。目的都是是为了去除表表面的污染物物，使表面洁洁净。对于半半导体材料，根根据材料的不不同采取以不不同的腐蚀液液进行洗片。一般步骤为：1. 用去离子水做初初步清洗；2. 放入腐蚀液中浸浸泡并用超声声波清洗一段段时间（时间间视材料不同同自定）；3. 用去离子水洗掉掉材料表面残残留腐
8、蚀液；4. 用N2进行吹干干；5. 吹干后放入干净净样片袋中暂暂时保存并准准备测试；工作原理如下图图所示： 探针形貌 1. 开机1. 开启设备电脑开开关及双屏显显示器；2. 开启显微镜光源源；3. 开启光学显微镜镜 CRT 显示器电源源；4. 将设备主部隔尘尘罩小心地取取下，将显微微镜调整至设设备主机方向向，光斑打到到载物台中心心处；5. 打开设备主机电电源，在主机机contrrollerr 的控制板板上，确认AAFM 模式式；6. 打开pc中的 软件，激活活软件与设备备主机连接图图标；1.1. 水平调节 水平调节完后拧拧松探针固定定旋钮，倾斜斜着取下 AAFM 针夹夹具，倒置轻轻放在滤纸上上
9、，放于衣袖袖碰触不到的的地方，以免免碰伤悬臂； 放样品，样片粘粘于专用样品品台片上，用用镊子夹好样样片轻推到样样品台上（注注意：样品台台片与底座是是磁铁，有一一定吸引力，要要小心放置）； 放好样片后，调调节显微镜，观观察CRT使显微微镜聚焦到样样片表面。 用镊子直接调整整样品位置，在在CRT上观察察确定样品测测试点位于下下针位置附近近； 3.2偏差设定定 1.放置 AFFM 测试夹夹具，一定要要小心，注意意观察悬臂与与样品表面的的距离，若相相距太近，则则将测试夹具具小心取出，放放置妥当后， 使用手动抬针方法将三个支柱抬高，同时保证三支柱设备光路台面水平； 2.高度调调节到安全距距离以后，小小心
10、地放入AAFM 针测测试夹具，用用肉眼结合CCRT 上观观察确定样品品与针的保持持一段距离，调调节显微镜使使其聚焦到探探针； 3.拧紧夹具具固定旋钮来来固定夹具，此此时主机显示示屏上，标定定激光器电压压的SUM 值为（6.77.3)左右右则正常。先先调节垂直偏偏差旋钮使垂垂直偏差（VVert）读读数接近0.0V，再调调节水平偏差差旋钮使探测测器的水平偏偏差值（Hooriz）接接近0.0VV。若第一次次不能保证同同时为0，则重复调调节保证两个个值在0.00V附近； 4.手动下针 开始手动下针，先先轻扒微调钮钮进行DOWWN操作，同同时顺时针（由由下往上看）旋旋转如上图标标注的两旋钮钮，并且调节节
11、显微镜聚焦焦到探针，如如此反复多次次调节。注意意每操作一次次后观察光学学显微镜CRRT保证探针针没有接触样样片（观察方方法：使显微微镜聚焦到探探针，若调节节显微镜可迅迅速得到清晰晰样片的像，表表明探针和样样片距离很近近）； 当样品表面与悬悬臂焦距接近近时，调节使使此时的水平平偏差值（HHORZ）和和垂直偏差值值(VERTT)分别至0V 和（-0.6-0.88） 5.软件自动下下针扫描在软件中设置当当前样品需要要的扫描范围围（scann sizee)，台阶高高度(datte scaale)，扫扫描速度(sscan rrate)等等参数； 台阶高度不可超超多1m，扫描速度度设置在5m/s 以内内为
12、宜；（即即scan sizescan rate 5） 单击启动软件中中自动下针控控件，下针过过程中注意观观察主机中的的水平偏差值值（Horiiz）和垂直直偏差（Veert），示示值趋势是减减小的为正常常； 若要移动扫描区区域，下针完完成后，将扫扫描频率调低低（即降低扫扫描速度），设设置X 轴与Y轴的offsset 值（offsset 范围围不得超过770m），确定扫扫描位置和范范围后，重新新开始从上往往下或从下往往上扫描，并并拍取图象。 测试5*5umm的形貌 1.设置scaan sizze 55um(1:1), 设置 scann ratee 0.11Hz, 设置Date scalee 100
13、0nm(观察察样品表面形形貌觉得，粗粗糙则设大点点） 2.点击下针 设置 scann ratee 0.33Hz,点击击 再设置 scaan ratte 0.5Hz，观观察波形范围围在调节最佳佳的Datee scalle 3.最大设置 scan rate 0.7Hz， 点击 进行切切换到扫描界界面， 点击 由上到到下进行扫描描， 点击 进行行实时保存， 扫完后点击 抬针。6.关机 关闭激光器； 关闭设备主控电电源； 关闭光学显微镜镜 CRT 电源源、光源； 将光学显微镜置置于原本所在在方向，盖上上物镜盖； 将主机隔尘罩小小心的罩于主主机上； 关闭计算机电源源及双屏显示示器电源。实验四 光电直直读
14、光谱仪实实验一、 实验目的1. 掌握光栅式光谱谱仪分光的基基本原理。2. 熟悉光电直读光光谱仪光电系系统和机械结结构。3. 掌握光电直读光光谱仪的基本本光谱实验。二、 基本原理1. 平面衍射光栅的的分光原理光栅方程式如图5.1所示示，当一束平行的的复合光入射射到光栅上，光栅能将它按波长在空间分解为光谱，这是由于多缝衍射和干涉的结果。光栅产生的光谱，其谱线的位置是由多缝衍射图样中的主极大条件决定的。相邻两刻线对应的光线22和光线11的光程差为： （1）相干光束干涉极极大值的条件件为： （2）入射与出射光在在光栅法线同同侧取”+”号，在异侧取”-”号。 由式（1）和（2）可得相邻两两光线干涉极极大值的条件件-光栅方程为： （33）式中 -入入射角 -衍射角角 -刻痕间距，通常常称为光栅常常数
