镀膜平玻璃板厚度测量实验设计
测量透明平行玻璃板折射率及厚度
根 据 折 射 定 律 得 折 射 角 为
ｌ ｆ ＝ａ ｒ ｃ ｓ ｉ “ ｓ ｉ ｎ ｏ ： ・
（ １ ）
由 图 １中几 何 关系 易得 ， ＯＣ和 Ｂ Ｄ 两 平行 光 的间
距 Ｌ 为
Ｌ 一 ２
ａ ｎ （ ａ ｒ ｃ
） ． （ ２ ）
当入射 光先 后 ２次 分 别 以 入 射 角 ａ 和 ａ 入 射 ，
ａ
Ｌ 一 ２ ｄ ｃ 。 ｓ ｍ ｔ ａ ｎ （ ａ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎ ａ ， ］ ） ， （ ３ ） Ｉ － ２ ＝ ２ ｃ 。 ｓ ａ ２ ｔ ａ ｎ ｆ ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎ ａ ２ ） ， （ ４ ）
将式 （ ３ ） ～（ ４ ） 相除 ， 并 整理得
（ ５ ） 得
一
） 一 ） ，㈤
条 平行 光 的 间距 为 Ｌ， 下 面推 导 玻 璃 板 折 射 率
的表达 式．
其 中 Ｋ一 』 ＿ ．利用 反三 角 函数定 义 ， 化 简式 一 。ＣＯＳ １
Ｋ
．
（ ６ ）
由式 （ ６ ） 解 得 玻 璃 板 折 射 率 为
关键词 ： 平 行玻璃板 ； 折 射率 ； 厚度 ； 非 接 触 测 量
中图 分 类 号 ： ０４ ３ ６ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ — ４ ６ ４ ２ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ８ ０ ０ ５ 卜Ｏ ３
测量 介质 折 射 率 是 几何 光学 中 的重 要 课 题 ， 而“ 透 明平 行玻 璃 板折 射率 的测 量” 是 目前高 校普 遍 开设 的实验 ， 测 量 透 明平 行玻 璃板 折 射 率 的实 验 方法 有 最 小 偏 向 角 法ｌ 】 ｊ 、 全反 射法¨ 】 和 干 涉 法 】 ．为拓 宽 折射率 的测定 方 法 ， 本 文 介绍 利 用 几何光 学 原理测 量 透 明平 行 玻璃 板折 射率 及厚 度
玻璃平板厚度测量的实验研究
第３１卷第２期大学物理实验Ｖｏｌ.３１Ｎｏ.２２０１８年４月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＡｐｒ.２０１８收稿日期:２０１７￣１１￣２１基金项目:江苏省淮阴师范学院大学生创新训练计划项目(２０１７１７００１ＸＪ)ꎻ淮安市科技计划项目(ＨＡＧＺ２０１６０１)∗通讯联系人文章编号:１００７￣２９３４(２０１８)０２￣００６２￣０３玻璃平板厚度测量的实验研究谈晗芝ꎬ郗晓倩ꎬ陈㊀洁ꎬ刘㊀洋ꎬ左㊀芬∗(淮阴师范学院ꎬ江苏淮安㊀２２３３００)摘要:平板玻璃生产中需要对玻璃厚度进行精确地测量ꎮ本文通过理论模拟和实验研究了应用白光干涉测量技术ꎬ来测量玻璃平板厚度的方法ꎮ系统通过步进电机控制精密平移台的移动ꎬ实测了一个标称厚度为５ｍｍ的玻璃平板ꎬ通过多次采样取平均的方法ꎬ结果误差为０.３４％ꎮ关键词:光学测量ꎻ白光干涉ꎻ玻璃厚度中图分类号:Ｏ４￣３４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１８.０２.０１７㊀㊀随着科学技术的不断发展ꎬ各种各样的玻璃平板进入了人们的生活ꎮ玻璃是建材行业的支柱性产品之一ꎬ其中应用最为广泛的就是平板玻璃ꎮ目前ꎬ玻璃平板已被运用于建筑[１]㊁光电[２]㊁医疗[３]㊁环境艺术设计[４]等诸多领域ꎮ玻璃厚度是玻璃产品质量的一项重要标准ꎬ因此对于玻璃平板厚度检测的要求也越来越高ꎮ现有的测量玻璃平板厚度的方法大致分为接触式和非接触式[５]两种ꎮ目前国内大多数玻璃生产企业仍然采用传统的接触式测量仪器来测量玻璃厚度ꎬ但是这种测量方法的采样过程以及精度方面都存在一定的问题ꎮ而常见的非接触式测量方法有电容式[６]㊁光学测量[７]等ꎮ其中光学测量在实验过程中可避免因表面不光滑带来的测量结果不准确以及因为探头接触凹凸表面带来的磨损问题ꎬ测量结果更为精确㊁可靠ꎮ本文针对一种光学测量的方法测量玻璃平板的厚度进行了实验研究ꎮ运用白光干涉[８]的原理ꎬ采用步进电机控制精密平移台的移动来测量玻璃平板厚度ꎮ除了表面光滑的玻璃平板厚度的测量ꎬ对于表面不光滑的物体也可以采用这种方法ꎮ１㊀测量光路与原理测量光路为泰曼￣格林干涉测量系统[９]ꎬ光源采用低相干的ＬＥＤ光源ꎬ其中心波长为６３３ｎｍꎬ实验光路图如图１所示:图１ 平板厚度测量原理光路图被测玻璃平板固定在载物台上ꎬ步进电机与载物台相连接ꎮ白光光源射入分光棱镜中ꎬ其中一束光线投射到参考镜Ｒꎬ为参考光ꎬ另一束光线投射到被测玻璃平板的表面ꎬ为测试光ꎮ当两束光线分别被待测样品和参考镜反射再次通过分光棱镜时ꎬ参考光与测试光相遇叠加ꎬ叠加后的信息经过成像透镜会聚到ＣＣＤ上形成图像ꎮ而基于白光干涉测量的原理ꎬ当参考光与测试光之间的光程差几乎为０时ꎬ两者叠加将形成干涉现象ꎮ根据上述白光泰曼￣格林干涉测量系统的结构与工作原理[１０]ꎬ当步进电机带动载物台沿着主光轴方向进行移动时ꎬ经过待测玻璃平板前表面和后表面反射回去的光将依次与参考光发生干涉ꎮ两次干涉现象之间步进电机移动的距离为玻璃平板的光学厚度ꎬ若已知玻璃的折射率ꎬ则可以确定玻璃的几何厚度[１１]ꎮ若参考面与玻璃平板前后表面分别产生干涉时步进电机所对应的位置分别为Ｘａ和ＸＢꎬ已知玻璃材料的折射率为ｎ的前提下ꎬ可得玻璃平板前后表面之间的几何厚度为:ｄ＝(ＸＢ－ＸＡ)/ｎ(１)实验过程中通过ＣＣＤ相机采集到序列图像ꎬ读出所有序列图像上某个相同坐标点的全部光强信息ꎬ因光源具有一定的波长带宽ꎬ则理论上可得到如图２所示的光强信息分布图:图２㊀对应坐标点光强与图像序列之间的对应关系光强的两个极值位置ꎬ代表了前后两次干涉发生的位置ꎬ因此两次位置之差即为玻璃平板在该坐标点上前后之间的光学厚度ꎬ进而可以得到该玻璃平板的厚度ꎮ２㊀实验数据实验中选取了一块标称厚度为５ｍｍ的玻璃制成的玻璃平板作为待测样品ꎬ玻璃折射率为１.５１６３０ꎮ实验中光束口径约１０ｍｍꎬ步进电机的进动步长设为１μｍꎬ采集了１２０００幅图像ꎬ其中玻璃平板前表面与后表面分别产生的干涉图如图３所示ꎬ两个条纹发生了一定角度的旋转ꎬ表明玻璃平板前后表面之间具有一定的锲角ꎮ图４为所有１２０００幅图像的中点位置的光强与图像序列之间的对应关系ꎬ可以很明显的观察到两个光强发生急剧变化的位置ꎬ这两个位置分别对应着玻璃平板前表面与参考面发生干涉的图像序列以及后表面与参考光发生干涉的图像序列ꎬ将这两个位置进行的局部细节放大ꎬ如图５所示ꎬ可见光强的变化与图２的仿真图相似ꎮ图３(ａ)图３(ｂ)图３㊀(ａꎬｂ)玻璃平板前后表面分别形成的干涉条纹图图４㊀图像中点光强与图像序列之间的对应关系图图５(ａ)图５(ｂ)图５㊀(ａꎬｂ)干涉位置的局部放大图在图像中选取一系列的坐标点ꎬ找出它们的各自干涉极值位置ꎬ如表１所示ꎮ通过多次测量取平均值的方法ꎬ可以计算玻璃平板的平均光学厚度ꎮ平均光学厚度除以玻璃材料的折射率１.５１６３０ꎬ可得该玻璃平板样品的平均几何厚度为５.０１６９ｍｍꎬ３６玻璃平板厚度测量的实验研究与标称厚度之间的误差为０.３４％ꎮ表１㊀一组对应坐标点的干涉极值位置坐标(ｘ＝８７)Ｙ＝１００Ｙ＝１０５Ｙ＝１１０Ｙ＝１１５Ｙ＝１２０Ｙ＝１２５Ｙ＝１３０Ｙ＝１３５Ｙ＝１４０Ｙ＝１４５前极值序列１４９９１４９９１４９８１４９８１４９７１４９７１４９７１４９５１５０１１５０１后极值序列９１０１９１０４９１０３９１０７９１０５９１０４９１０８９１０８９１０７９１０６光学厚度/ｍｍ７.６０２７.６０５７.６０５７.６０９７.６０８７.６０７７.６１１７.６１３７.６０６７.６０５平均光学厚度/ｍｍ７.６０７１３㊀结㊀论本文在泰曼￣格林干涉测量系统中ꎬ采用短相干光源ꎬ组成白光干涉测量系统ꎬ并分析了利用白光干涉测量技术进行的平板玻璃厚度测量的原理ꎬ采用步进电机控制参考面进行移动ꎬ通过测量平板玻璃前后表面分别与参考面产生干涉时的位置之差ꎬ计算出玻璃的光学厚度ꎬ并进而根据玻璃的折射率ꎬ求出其几何厚度ꎮ实验经过多个坐标点的数据计算ꎬ求取平均值的方法ꎬ得到的较高的测量精度ꎮ主要来源于图像选取点的位置读数ꎬ若减小步进电机的进动步长ꎬ则可相应提高测量的精度ꎮ该方法可在测量透明物体厚度领域得到更为广泛的运用ꎬ若待测物体几何厚度较大ꎬ则需要采用大景深光学系统ꎮ参考文献:[１]㊀申荣.浅析平板玻璃在建筑中的应用[Ｊ].建筑知识:学术刊ꎬ２０１１:２７２￣２７３.[２]㊀彭寿ꎬ张冲.平板玻璃在光电显示领域的应用与发展趋势[Ｊ].中国玻璃ꎬ２０１２(２):３￣８. [３]㊀王军ꎬ阎承斌ꎬ沈正海ꎬ等.有机玻璃在医疗领域中的应用与注意事项[Ｊ].医疗装备ꎬ２００８ꎬ２１(１):１７￣１８.[４]㊀陈鑫.平板玻璃在环境艺术设计中的应用[Ｊ].产业与科技论坛ꎬ２０１１ꎬ１０(１８):１９８￣１９８. [５]㊀王仁洲ꎬ杨涛.迈克耳逊干涉仪旋转样品法测量透明玻璃厚度[Ｊ].物理实验ꎬ２０１４(１１):２４￣２６. [６]㊀王兴英ꎬ常旭光.电容传感式玻璃厚度测量仪[Ｊ].传感器与微系统ꎬ１９９５(２):２９￣３３.[７]㊀孙峰.玻璃厚度在线测量系统的研制[Ｄ].大连理工大学ꎬ２０１３:３１￣３７.[８]㊀陈慧芳ꎬ严惠民ꎬ施柏煊.白光干涉法测量金属箔厚度[Ｊ].仪器仪表学报ꎬ２００３ꎬ２４(ｚ２):１９￣２０. [９]㊀张海峰.泰曼￣格林干涉仪ＣＣＤ实时图像采集系统的研制[Ｊ].中国原子能科学研究院年报ꎬ２００６(１):１７６￣１７６.[１０]周俊勇.通过改变玻璃厚度研究白光相干性[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１４(３):４０￣４３.[１１]万伟.迈克尔逊干涉仪测透明介质厚度及折射率[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１３(５):２２￣２４.ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＴｅｓｔｉｎｇｆｏｒｔｈｅＧｌａｓｓＰｌａｔｅＴｈｉｃｋｎｅｓｓＴＡＮＨａｎ￣ｚｈｉꎬＸＩＸｉａｏ￣ｑｉａｎꎬＣＨＥＮＪｉｅꎬＬＩＵＹａｎｇꎬＺＵＯＦｅｎ∗(ＨｕａｉｙｉｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＪｉａｎｇｓｕＨｕａｉａｎ２２３３００)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｇｌａｓｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｎｅｅｄｓｔｏｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｄｉｎｐｌａｔｅｇｌａｓｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ.Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｇｌａｓｓｐｌａｔｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ.Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｔｈｅｓｔｅｐｍｏｔｏｒｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐａｎｔｒｙꎬａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄａｇｌａｓｓｓｌａｂｗｉｔｈａｎｏｍｉｎａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ５ｍｍ.Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｓａｍｐｌｉｎｇｍｕｌｔｉｐｌｅｔｉｍｅｓꎬａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｉｓ０.３４％.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｐｔｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇꎻｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙꎻｇｌａｓｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓ４６玻璃平板厚度测量的实验研究。
光学实验中如何利用干涉原理测量薄膜厚度
光学实验中如何利用干涉原理测量薄膜厚度在光学实验中，测量薄膜厚度是一项常见且重要的任务。
利用干涉原理来实现这一测量具有高精度、非接触等优点。
接下来，让我们逐步了解这一精妙的测量方法。
干涉现象是光的波动性的一种重要表现。
当两束或多束光相遇时，它们会相互叠加，从而产生明暗相间的条纹，这就是干涉条纹。
而在测量薄膜厚度的实验中，我们常常利用的是等厚干涉原理。
等厚干涉中，一个典型的例子就是劈尖干涉。
想象一下，有一块平板玻璃，在其一端垫上一小薄片，这样就形成了一个劈尖状的空气薄层。
当一束平行光垂直入射到这个劈尖上时，在劈尖的上、下表面反射的两束光会发生干涉。
假设入射光的波长为λ，薄膜的折射率为 n。
在劈尖干涉中，相邻两条亮条纹（或暗条纹）之间对应的薄膜厚度差为λ/（2n）。
我们通过测量干涉条纹的间距以及已知的波长和薄膜折射率，就能够计算出薄膜的厚度。
为了更准确地测量薄膜厚度，实验中需要注意一些关键因素。
首先是光源的选择。
理想的光源应该具有单色性好、亮度高且稳定的特点。
常用的有激光光源，比如氦氖激光器发出的红光，其波长稳定且单色性极佳。
其次，实验装置的搭建要精确。
例如，要确保入射光垂直照射到薄膜表面，这样可以简化计算和提高测量精度。
同时，观测干涉条纹的设备也需要具备足够的分辨率，以便清晰地分辨出条纹的细节。
在实际操作中，我们可以使用显微镜来观察干涉条纹。
通过调节显微镜的焦距和位置，找到清晰的干涉条纹图像。
然后，使用测量工具（如目镜测微尺）来测量条纹的间距。
还有一种常见的干涉测量薄膜厚度的方法是牛顿环。
将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块平面玻璃上，在两者之间就会形成一个空气薄膜。
当平行光垂直入射时，同样会产生干涉现象，形成明暗相间的同心圆环，即牛顿环。
对于牛顿环，第 m 个暗环的半径 r 与凸透镜的曲率半径 R、入射光波长λ以及薄膜厚度 d 之间存在如下关系：r²＝mλR m(m 1/2)λ² ／ 2 。
镀膜玻璃的薄膜参数的反射光谱测量法
镀膜玻璃的薄膜参数的反射光谱测量法项目完成单位：国家建筑材料测试中心项目完成人：刘元新鲍亚楠孙宏娟王廷籍摘要本文提出从镀膜玻璃的反射光谱测量薄膜厚度、折射率和消光系数的方法，并从电磁波传播理论和两面镀导电膜玻璃的实验加以证实。
本方法测量薄膜厚度的误差随着膜厚的增加而增加，几百纳米膜厚的测量误差不大于±10%。
测量范围大约为100nm-5μm。
关键词薄膜、厚度、反射光谱、折射率、消光系数1.前言自洁净玻璃的自洁净性能、Low-E玻璃的低幅射性能都与其膜层的厚度、折射率和消光系数有着密切的关系[1]。
近代微电子学装置，如成像传感器、太阳能电池、薄膜器件等都需要这些参数[2] 。
这些参数的数据是薄膜材料、薄膜器件设计的必不可少的基础性数据。
通常都是单独测量这些参数，薄膜厚度用原子力显微镜、石英震荡器、台阶仪、椭偏仪、干涉法来测量。
薄膜折射率的测量就比较麻烦，因为它是波长的函数，它可以用基于干涉、反射原理的方法测量。
从薄膜的吸收谱就可测量其消光系数。
显然，取得这些数据是很麻烦、很费时、成本也很高，特别是对于纳米级薄膜。
2000年，美国Princeton等大学提出[2] ，从物理角度建立透射光谱模型，调整模型中的未知的参数，即薄膜厚度、折射率、消光系数，使透射光谱的理论曲线同实验曲线重合，这就同时取得薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
他们用这种方法同时测量了“玻璃-薄膜”系统的薄膜的厚度、折射率、消光系数等数据。
显然，这是取得这些数据的简便、快速、低成本的方法，也是这个领域的一个发展趋势。
薄膜参数的信息既包含在镀膜玻璃的透射光谱中，也包含在镀膜玻璃的反射光谱中，Mulato等人[2]是从镀膜玻璃的透射光谱中提取出薄膜参数的信息，本文尝试从镀膜玻璃的反射光谱中提取出薄膜参数的信息，建立导电聚苯胺高分子聚合物薄膜参数的计算机模拟测量方法。
2.反射光谱这里仅考虑两面镀膜玻璃，即“薄膜-玻璃-薄膜”系统，这系统有4个界面5个区域(图1) ，4个界面为：空气-薄膜、薄膜-玻璃、玻璃-薄膜、薄膜-空气界面；5个介质区域为：空气区(1)、薄膜区(2)、玻璃区(3)、薄膜区(4)、空气区(5)。
实验2.12利用白光干涉测定薄膜厚度测量
随着信息产业的发展，光学薄膜的需求不断增大，对器件特性的要求也越来越高。物 理厚度是薄膜最基本的参数之一，它会影响整个器件的最终性能，因此快速而精确地测量薄 膜厚度具有重要的意义。台阶仪是常用的厚度测试方法，然而它需要在样品上制作台阶，并 且测试中机械探针与样品接触，会对一些软膜的表面造成损伤，因而非破坏的光学手段是更 为理想的方法。
其中 a exp （- 4id / ）
此公式是在待测薄膜层的吸收较小的情况下推出的。r (n n0 ) /(n n0 ) ,如果精确计
算 ，n 应用 来代替。在吸收很小的情况下，其对计算结果的影响很小，并最后能得到方
程(2)，由于薄膜在吸收很小的区域，n、k 的变化不是很大，所以方程的极大和极小值出现 在
1、如图 3 所示，将 Y 型光纤一端标有光源的光纤与光纤光源连接。将标有光谱仪的一 端与光纤光谱仪连接。将探测端与薄膜测厚支架连接，并固定稳定。
图 3 实验原理图
2、软件安装后，按
可以开始测量。
3、保存参考光谱：取一块待测，未镀膜的光学基底，放置于光纤探测端下方，调整适
当的探测高度约 10mm，CCD 积分时间
如图 1 所示，在折射率为 n1 的基板上镀有复数折射率为 厚度为 d 的一层薄膜，放在
折射率为 n0 的空间。假定薄膜的复数折射率 n1 ik ，当一束光以幅度 A 从 n0 空间 垂直入射( 0 )到膜表面时(为便于分析，图中入射光有一定角度，实际测量中此角度一
般很小，对测量的影响可以忽略不 计)，由于多次反射，在膜上表面有一系列的反射光，它 们的幅 度分别为 A 、A 、A3⋯⋯
长的变化曲线就能够测量出来，这样可以根据每一波长计算出 k。 注意事项
真空蒸发镀膜膜厚的测量
（ ） 品 制 备 ： 先 用 胶 带 挡 住 一 部 分 基 １样 首
１
舶
板， 但挡住部分必须宽度合适（ 约为基板的÷） ，
Ｊ
镀 待测膜 后 ， 去胶 带纸 。 撕
（ ） 一 块 完 全 相 同 的未 镀 膜 的 薄 玻 璃 片 ２将 与制 备好 的样 品对 合 ， 在 读 数显 微 镜 下 ， 一 放 在 侧稍压 ， 以形成 一 空气 楔 。 （ ） 反 射 镜 将 单 色 光 源 产 生 的平 行 光 垂 ． ３用 直 从 底部 照射 ， 可在 读数 显微 镜 中看到 图 ２上方 所示 的干涉 条纹 。 显然 ， 则 条纹 中间 部分
ｓ ＝丁 Ｄ为 薄膜 的厚 度 ） ｉ ｎ Ｄ（
，
所 ｆ ＝ ，Ｄ手害 以 ＝ 害则 ＝ ・。 詈
３ 实验 数据 及 结果 ： ．
以测量 基 片 （ 料 质量 为 ５ ． ｍ ， 发 源距 基 片的距 离 为 ４ ８厘 米 ） 实验 所 用 的 光 镀 ８５ ｓ蒸 ． ， 源 Ⅳ 从 光灯 ， 长近 似 为 ５ ９ Ａ（ ８ ．ｎ 为 例 ， 它基 片薄 膜 厚 度 的 测 量方 法 与此 相 。 波 ８ ３ ５９ ３ ｍ） 其
第２卷 ｌ
第 ４期
大
学
物
理
实
验
Ｖ １２ ｏ ４ ｏ ．１Ｎ ．
Ｄｅ ｅ． ２ ｏ ０８
２０ ０８年 １ 月 出版 ２
Ｐ｛ Ｉ ｌＹＳ ＣＡＬ Ｐ ＥＸ ＥＲ珊 ＥＮＴ ０Ｆ ＣＯＵ 正 ＧＥ
文章 编 号 ：０７— ９４ ２０ ）４— ０ ７ ３ １０ ２ ３ （０ ８ ０ ０ １ —０
象明 显 ， 验室 测量 薄膜 厚 度多 采用该 方法 。利 用 迈 克 尔 逊 于涉 仪 测 量 ， 用范 围窄 。 实 适 调
镀铝膜纸厚度测量仪的试验步骤介绍
镀铝膜纸厚度测量仪的试验步骤介绍
前言
镀铝膜纸厚度测量仪是用于测量镀铝膜纸的厚度，可以广泛应用于包装行业、
印刷行业、医疗器械行业、食品包装行业等领域。
在使用前，需对仪器进行试验。
本文将介绍镀铝膜纸厚度测量仪的试验步骤。
工具准备
1.镀铝膜纸厚度测量仪；
2.至少3张镀铝膜纸样品；
3.比较仪器的尺子或卡尺。
步骤
1.将镀铝膜纸厚度测量仪放在水平的工作台上，连接电源线并开启仪器；
2.打开仪器中的零位调整功能，将测量刀片的针尖放置在零位，并按下
零位调整按钮调整至零位；
3.将准备好的镀铝膜纸样品放置于测量平台上；
4.将比较仪器的尺子或卡尺横放于测量平台上，并将其靠近样品；
5.用手按住比较仪器的尺子或卡尺，将其对准测量刀片的针尖；
6.开始测量，将测量刀片移动轻轻地触碰样品，然后逐渐加压，直至测
量刀片彻底切入样品中；
7.读取测量结果，记录并重复以上步骤对每个镀铝膜纸样品进行测试；
8.每个样品测试完成后，清除样品和测量刀片上的残余物，以免对下一
个测试产生影响。
结论
通过以上步骤，您已经完成了镀铝膜纸厚度测量仪的测试。
在实际使用过程中，需要注意保持仪器的清洁和使用正确的操作方法，以确保测试结果的准确性。
散斑干涉测量镀膜透明介质平板厚度的实验研究
收稿 日期 －０７—０ —０ ＇０ ２ ４ ２
第一作者简介 ： 陈万金 （９６ ）男 ， １ 一 ， 吉林省通化 市人 ， 为吉林 师范大学 物理学 院教授 ． ５ 现
・
２１ ・
维普资讯
３ 实验结果与讨 论
１实验光路设置 ． 按图 １ 设置实验光路 ， 整个实验装置均设置在光学导轨上以保证光路的稳定性 ． 首先调整入射光束的
光 白漆对待测样品表面进行喷涂， 喷涂时喷嘴距样品表面应较远些 并 自上而下进行喷涂 ， 以便使亚光白漆粒子均匀弥散在空间并依靠
重力敷着在样 品上而形成“ 散斑表面” ． ３实 验结 果与讨 论 ． 按图 １的实验光路所拍摄 的散斑干涉图如 图 ２ 所示 ， 其测量数
据由表一给出． 计算得到被测镀膜透明介质平板 的厚度为 ：１９６ （． ± ７
图 ２ 散斑干涉图
０ １） ／． ． ｍＴ 与用螺旋测微仪测量 的结果相 比（ ． ２± ．１ ） ， ２ ／ ， １９ ４ ００ １ ， 误 肌 差为 １８ 显然其测量结果的精度是较高 的． ．％， 另外 ， 了确保实验获得成功并且得到较高 的测量精度， 为 应 该注意以下几个方面的问题 ：
参 考 文 献
［］ １王之江 ． 光学技术手册（ 下册 ）Ｍ ． ［ ］北京 ： 工业出版社 ， ９． 机械 １ ４ ９ ［］ ２黄佐华 ， 何振江 ． 测量薄膜厚度及折射率的光学方法 ． 现代科学仪器 ［］ ０３４ ： —５． Ｊ． ０（）５ ７ ２ ６ ［］ ３黄佐华 ， 何振江 ， 杨冠玲 ． 测量薄膜折 射率的光栅衍射干涉法 ． 电技术 ［ ． ０ ，１６ ： — ６ 光 Ｊ ２ ４３（）３ ３． ］０ ４ ［］ ｌ ， ￣ｈ ｔ ｏ ｐｌ ｆ ｕｌ ｍｄｈ ｆ 曲ｔｕ ｅ ［］ ＪＯｔ ｏ．ｎ ４ＰＫｔｕ Ｒｕ ｏ．ｈ ｒ ｅ Ｌ ｅｙ ｒｍ— ｌ ｃ ｐ ｒ ｔｎ ｌ ｕ ｉ ｒ Ｊ． ．ｐ． ｅＡ啦，１ ０６（Ｏ ： — １ Ｂ ｉ ｏ ｅ ｍ ｉｉ ｍ ｇ ｄｓ Ｓ ９ ， １）７ ８ ． ７ ０ ８ ［］ 国光主编 ． ５杨 近代光学测试技术 ［ ］北京 ： Ｍ． 机械工业出版社 ， ０． ２ ２ ０ ［］ ｒ ， ａｍ ． Ｕ ｓ ｅｙ ｎ ｌｉｄｌｈ Ｍ ． ｅ ｏ ， ｏｈ ｏａｄ ｕｌｈ ｇ． ｍａｙ １ ７ ６ＭＡ８皿 ＮＭ ｂ日 Ｉ ｅｉｏ ｔ ｄ ｏ ｒｅ ｇｔ ］ Ｎ ｗＹｒ Ｎｒ —Ｈｌｎ ｂｉｉ ｔ ｐｎ。 ９ ． ｐ ｍ ｒ ａ ｐ ａｚ ｉ ［ ｋ ｔ ｌ ｐ ｓｎ ｍ ７ ［］ ７陈万金 ． 镀膜透明介质平板厚度测量的研究 ． 表面技术 ［］ ２０ ， （）１ ５ Ｊ． Ｏ７３ ６８—８． ６
镀膜平玻璃板厚度测量实验设计
镀 膜 平 玻 璃 板 厚 度 测 量 实验 设 计
陈 万 金 ，孙 颖
（ 吉林 师 范 大 学 物 理 学 院 ，吉 林 四 平 １ ６ ０ ） ３ ００
摘 要 ：利用 散 射 干 涉 法 设 计 出测 量 镀 膜 平 玻 璃 板 厚 度 实 验 ， 述 了实 验 原 理 并 进 行 了实 测 。 该 实 验 原 理 简 叙
教学 大纲 要求 ， 结合 专 业 特 点 把 本 学科 前 沿 领 域 的 知 识 以及现代 科 学技 术 的 最新 成 果 引 进 课 堂 ， 学 生 在 使
课 堂 上 所 学 的 内容 更 加 丰 富 充 实 ， 识 结 构 更 加 合 理 知
完善 。为此 ， 对真 空镀 膜 实 验 进 行认 真分 析 研 究 和 反 复 实验 ， 计 了真空 镀 膜 实 验 的后 续 实 验题 目— — 镀 设 膜平 玻璃 板厚 度 的测 量 。这是 一 种采 用散 射干 涉来 测 量镀 膜平 玻璃 板厚 度 的新方 法 ， 其理论 原理 简单 ， 验 实 设置 便捷 ， 实验 操作 方便 ， 量精 度高 。 测
膜 平 玻璃板 表 面经 过 散斑 处 理 ， 以 由平 玻 璃 板 表 面 所
反 射 回来 的光波 场是 由无 数对 轴对 称分 布 的散斑 对 发 出 的相干光 束所 产生 的干涉光 场 ｌ ］ 其 干涉花 样 是 一 ＿ ， ４ 族 明暗相 间 的 同心 圆环 并 可 由光 屏 Ｐ 接 收 到 。 实 验
发 现 ， 光 路结 构设 置确定 之 后 ， 测镀 膜平 玻璃 板厚 当 被
收 稿 日期 ： ０ ９ ０ ２ 修 改 日期 ： ０ ９ ０ ２ ２ ０ ５ ５ ２０—９ ８
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｘ ｅｉ ｎ ａ ｕ ｉｇｔｉｋ ｅｓｏ ｏ ｔｄｇａｓｓｐａｅ ｓｇ ｆｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔｍｅｓ ｒ ｈｃ ｎ ｓ ｆｃａｅ ｌｓｅ ｌｔ ｎ
X射线透射法测量膜厚(精)
46
物理实验
第28卷
ln I 0-I r =-( d + D sin . (2
据测量结果,做出ln
I 0-I r sin
曲线如图3所示.由图3可知d + D =0. 38622,另外A l和SiO 2的吸收系数的测量结果分别为=8. 739 103cm -1, =3. 771cm -1. D =0. 902mm ,得到d =52. 7nm ,与实验前用干涉法测量得到的结果基本吻合
图1装置示意图
图2是测量原理图.设衬底厚度为D,膜厚为d,膜材吸收系数为,衬底吸收系数为,则有
I ( =I 0exp -sin +sin ,
即
ln I 0=-( d + D sin
.
(1
图2测量原理图
测量时,令扫过一定角度,作ln
I 0 sin
曲线,可以得到d + D的值,和都是常量(可以对不同的材料预先测好,测膜厚时直接查表,但本文将通过实验结果给出Al和SiO 2的吸收系数和,而用游标卡尺可以直接准确测量D.这样就很容易得到d值.
以上讨论假定了I与I 0都是单次测量,实际上在扫描过程中可以进行数十次测量,这样可以
进一步有效降低实验误差.估计测量周期在40s左右已经可以达到比较高的测量精度了.除了测量精度高之外,由于不涉及光的干涉,所以此方法不像干涉法那样存在厚度周期,可以测量任意厚度的膜厚.整个测量过程操作十分简单,设备相对较易获得,实验条件要求不高.唯一缺点就是要获得较高精度的膜厚测量值,测量时间要相对较长,估计在1课时内能完成.
综上所述, X射线透射法在测量范围和测量精度上都从一定程度上超越了之前测量膜厚的方法,且简易的操作和较容易获得的实验条件使其, 45
测量透明平行玻璃板折射率及厚度
测量透明平行玻璃板折射率及厚度王鑫;曾翘楚;柴钰奇【摘要】利用氦氖激光器、2块衰减片、USB型CCD图像传感器,多次测量出入射角α和2束反射平行光间距离L,通过几何光学知识推导计算出透明平行玻璃板折射率及厚度.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)008【总页数】3页(P51-53)【关键词】平行玻璃板;折射率;厚度;非接触测量【作者】王鑫;曾翘楚;柴钰奇【作者单位】大连理工大学电子信息与电气工程学部,辽宁大连116085;大连理工大学电子信息与电气工程学部,辽宁大连116085;大连理工大学电子信息与电气工程学部,辽宁大连116085【正文语种】中文【中图分类】O436.1测量介质折射率是几何光学中的重要课题，而“透明平行玻璃板折射率的测量”是目前高校普遍开设的实验，测量透明平行玻璃板折射率的实验方法有最小偏向角法[1]、全反射法[1]和干涉法[2-3]. 为拓宽折射率的测定方法，本文介绍利用几何光学原理测量透明平行玻璃板折射率及厚度的方法.1.1 玻璃板折射率的测量原理如图1所示，将一厚度为d、折射率为n的透明平行玻璃板置于空气中，1束光线SO以入射角α由空气射向平行玻璃板上表面，经反射成为光线OC，另一部分以折射角β到达玻璃板下表面，再经下表面反射获得光线BD. 由几何光学知识可知光线反射光线OC和BD是平行的，设这2条平行光的间距为L，下面推导玻璃板折射率n的表达式.根据折射定律得折射角为由图1中几何关系易得，OC和BD两平行光的间距L为当入射光先后2次分别以入射角α1和α2入射，由式(2)可得到经玻璃板上下两表面反射获得的两平行光的间距分别为将式(3)～(4)相除，并整理得其中K=. 利用反三角函数定义，化简式(5)得由式(6)解得玻璃板折射率为,式中K0=. 式(7)即为测玻璃板折射率的实验公式，只要测出先后2次到达玻璃板上表面的入射光线的入射角α1和α2及对应的经玻璃板上下两表面分别反射获得的2束平行光的间距L1和L2就可间接测出玻璃板的折射率.1.2 玻璃板厚度的测量原理由式(2)知，只要测量出入射光的入射角α、由玻璃板上下两表面分别反射获得的两平行光的间距L及玻璃板的折射率n之后，就可间接得到玻璃板的厚度为式(8)即为测量玻璃板的厚度的实验公式.2.1 玻璃板折射率与厚度的测量方法1)将光源氦氖激光器、厚度相同的2块透明平行玻璃板A和B(用2块玻璃板的目的是增大两反射光的间距L，便于测量)、USB型CCD、衰减片(为防止激光损坏CCD以及保证每次测量时CCD成像面上只形成2个光斑，在光路中加入2块互成一定角度的衰减片)各光学元件按图2所示置于光具座上，调节使之共轴等高，而且使经玻璃板A的上表面和玻璃板B的下表面反射得到的两光线与CCD成像面垂直.2)让激光先后2次从不同方向入射到玻璃板A的上表面，分别测出a,b,c，由余弦定理求出对应的入射角α1和α2.3)使用电脑对2束平行反射光在CCD成像面上形成的2个光斑图片进行灰度分析，由于出射的2条光线是平行的，这决定了光斑的间距就是它们几何中心的距离，灰度分析本质上是从亮度的分布情况来推测光斑的几何中心位置，因此在软件中将图片转换成灰度格式，可以比较明显地确定光斑的几何形状，并且是相同高度对称而具有几何中心的形状，通过补全超出CCD成像范围的光斑边缘，即可快速确定距离，由比例关系即可得出光斑间距. 实验得到的反射光在CCD成像面上形成的光斑如图3所示.由上述方法，分别测出每次得到的2个光斑几何中心间距可得两平行反射光的间距L1,L2.4)将步骤2)测得的入射角α1和α2与步骤3)测得的两平行反射光的间距L1和L2，代入式(7)可得玻璃板的折射率n.5)将测得的入射角α及两平行反射光的间距L、折射率n代入式(8)，即可得到2块玻璃板的总厚度.2.2 测量举例取2块厚度相同的透明平行玻璃板放置在光路中，测得的数据如表1所示.选取表中2组α和L代入式(7)，可求得折射率n，求平均后得将折射率和表1中每次测得的入射角α及L代入式(8)，可得2块玻璃板的总厚度，最后求得总厚度的平均值为8.409 mm，因而1块玻璃板厚度d=4.205 mm，将该结果与螺旋测微器测得的1块玻璃板的厚度d′=4.299 mm相比，相对误差为2.19%.总之，本文所采用的实验方法具有原理简单，操作方便，非接触，易于多次测量等优点，适合在学校光学实验室推广使用.【相关文献】[1] 杨述武. 普通物理实验(三、光学部分)[M]. 3 版. 北京:高等教育出版社,2000:57-63,67-73.[2] 赵斌. 薄透明体厚度及折射率的测量[J]. 大学物理,2004,23(2):47-48.[3] 赵斌,何雄韬. 测劈尖角度及折射率的研究[J]. 大学物理,2004,23(4):28-30.。
EN1096-2镀膜玻璃
EN 1096-2:2001建筑用玻璃------ 镀膜玻璃------第2部分A\B\S 类镀膜玻璃的技术要求及实验方法3术语和定义本欧洲标准中采用以下术语和定义3.1 退火镀膜玻璃; 对退火的玻璃基片进行镀膜的玻璃.3.2 热钢化镀膜玻璃: 必须经过热钢化,以便满足特殊光谱特性要求的镀膜玻璃.(先镀膜后钢化)3.3 镀膜热钢化玻璃: 在已经热钢化了的玻璃基片上进行镀膜的镀膜玻璃. (先钢化后镀膜)4 要求符合本标准的镀膜玻璃应该满足表1 所列的各项性能指标5 样品5.1 样品的准备5.1.1 镀膜退火玻璃每次测试需要300mm⨯300mm的玻璃一片.对于3次化学稳定性实验,实验片按图1所示切裁.耐磨试验的样品为300mm⨯300mm的玻璃片．建议多准备一片样品，以便发现缺陷时替代．图１中的单位：mm注：１为测试片；２为外观检验时的参照片；３为光谱性能测试时的参考片．图１样品切裁平面图５.１.２热钢化镀膜玻璃由于玻璃片不能直接从参考试片切裁，应采用附录Ａ规定的特殊方法．5.1.3 镀膜热钢化玻璃利用镀膜的退火玻璃样品进行测试.5.2存放测试样品应存放于温度(23±5)o C,相对湿度小于80%的房间内.防止粉尘、化学物质、表面结露与样品表面发生化学反应。
存放期超过3个月的样品，不应该再用于测试。
5.3 贴标应该在测试样品的未镀膜一侧贴上具有下列信息的标签：生产厂家、样品编号（1~4）、测试方法。
两面镀膜的玻璃在贴标签时应注意不要损坏膜层。
对两个参考测试样品，应注明“参考”字样。
6 出厂检验6.1 样品的准备所有待检样品都应用去离子水和软布擦拭并以软布擦干。
必要时可重复擦拭。
6.2外观检验在EN 1096-1规定的人造环境下对试样进行外观检验，检验应该既从透射光方向又从反射光方向进行。
检验时观察者距离试样的距离为600mm，所有被检试样都应该无缺陷，无划伤或针孔，若发现缺陷，则应予以更换。
玻璃板镀膜实验报告单
玻璃板镀膜实验报告单实验目的：本实验旨在通过给玻璃板进行镀膜，探究不同材料的镀膜对玻璃板性能的影响，并对比各种镀膜材料的效果。
实验器材：1. 玻璃板2. 镀膜材料（例如二氧化硅、二氧化钛等）3. 镀膜设备4. 电源5. 量角器6. 光谱仪实验步骤：1. 准备工作：a. 清洗玻璃板：将玻璃板用温水洗净，并使用纯净水彻底冲洗干净，保证表面无油渍和杂质。
2. 实验操作：a. 镀膜材料制备：根据实验要求选择镀膜材料，并按照说明书或教师指导进行配制。
将镀膜材料倒入镀膜设备中，确保设备的封闭程度。
b. 镀膜过程：将准备好的玻璃板放入镀膜设备中并关闭设备。
将电源接通，按照设备说明进行镀膜处理，控制好镀膜时间和温度。
c. 镀膜结束后，取出玻璃板。
3. 测量与观察：a. 使用量角器测量不同角度的光的入射和反射角度。
b. 使用光谱仪分析不同镀膜材料的光谱特性。
c. 对比不同镀膜材料的效果，例如透过率、反射率等。
实验结果与讨论：通过实验操作和测量，我们得到了不同材料镀膜的玻璃板的光学性能数据，并进行了对比分析。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 不同镀膜材料会对玻璃板的透明度、反射度和折射率产生不同的影响。
2. 镀膜后的玻璃板能够在一定程度上改变光的入射和反射特性。
3. 镀膜材料的选择和处理条件的控制对于获得理想的镀膜效果非常重要。
结论：通过本次实验，我们成功地对玻璃板进行了镀膜，并且通过测量和分析得出了不同材料的镀膜对其光学性能的影响。
这对于理解镀膜技术的基本原理和应用有重要的意义。
同时，也为进一步研究和应用镀膜技术提供了基础。
参考文献：(列出实验中参考的文献)。
利用等厚干涉实验原理设计一种测量纸厚度实验方案
利用等厚干涉实验原理设计一种测量纸厚度实验方案利用等厚干涉实验原理，我们可以设计一种简单的测量纸厚度的实验方案。
具体步骤如下：
1. 准备材料：激光器、半透镜、分束器、平面玻璃板、待测纸张。
2. 将激光器发出的光线通过半透镜聚焦，使其成为一束平行光。
3. 将这束平行光通过分束器，使其被分成两束平行光，其中一束光通过分束器直接射到平面玻璃板上，形成一条明亮的参考线；另一束光射到待测纸张上，经过反射后再次射到平面玻璃板上，形成一条干涉条纹。
4. 调整待测纸张的位置，直到干涉条纹的亮暗交替达到最小值，这时候待测纸张与平面玻璃板之间的距离就是纸张的厚度。
5. 根据等厚干涉实验原理，干涉条纹的周期与波长和待测物体与参考物体间的距离有关，因此可以通过测量干涉条纹的周期来计算出纸张的厚度。
总之，利用等厚干涉实验原理可以很好地测量纸张的厚度，这种方法简单易行，具有很高的精确度。
利用牛顿环法进行薄膜厚度测量的实验步骤
利用牛顿环法进行薄膜厚度测量的实验步骤摘要：本实验旨在通过利用牛顿环法，测量一块薄膜的厚度。
实验中，利用薄膜与平台之间的干涉现象，通过观察干涉图案的变化来推断薄膜的厚度。
本文将详细介绍利用牛顿环法测量薄膜厚度的实验步骤及注意事项。
1. 实验材料和仪器- 一块带有薄膜的透明玻璃片- 光源（例如白光LED灯）- 平台（例如平坦的黑色支撑物）- 毛刷或者吹气筒（用于清洁玻璃片表面）2. 实验准备- 清洁玻璃片表面，确保玻璃片无灰尘、指纹等杂质。
- 将玻璃片放置在平台上，调整平台的高度，使得玻璃片与平台之间保持恒定的距离。
3. 实验操作步骤（步骤一：创建初始起始点）- 打开光源，确保光线均匀照射在玻璃片上。
- 调整观察位置，使得视线与玻璃片表面垂直，并处于较佳的观察角度。
- 观察玻璃片上的干涉图案，找到一个清晰且亮度适中的牛顿环。
（步骤二：调整环的样貌）- 用毛刷或吹气筒轻轻清理玻璃片表面，以去除可能影响干涉图案的污垢。
- 调整平台的高度，使得观察到的牛顿环形状发生变化，例如由圆形变为椭圆形或相反。
- 根据牛顿环的变化情况，调整平台的高度，直到出现一个最接近完全平的牛顿环。
（步骤三：测量厚度）- 利用显微镜或其他合适的仪器，测量平台的高度差Δh，记录下来。
- 根据下式计算薄膜的厚度t：t = λ(n-0.5) / [2N(λ-Δh)]其中，λ是光的波长（单位为nm），n是光在玻璃中的折射率，Δh是平台高度差，N是牛顿环次序。
（步骤四：重复测量）- 为了提高测量的精度，可重复进行多次测量并取平均值。
4. 注意事项- 在操作过程中避免触碰玻璃片表面，以免留下指纹或者损坏薄膜。
- 确保光源的稳定性和均匀性，避免光线强度变化对实验结果的干扰。
- 在调整平台高度时，应注意平台的稳定性，确保调整的准确性和稳定性。
- 在观察牛顿环时，应尽量减少周围环境的干扰，例如避免有振动的源或强光干扰。
总结：通过本实验中使用的牛顿环法，可以较为准确地测量薄膜的厚度。
【精品】用薄膜测厚仪测量薄膜厚度及折射率
材料物理实验报告实验时间年月日[实验名称]用薄膜测厚仪测量薄膜厚度及折射率[实验目的]1、了解测量薄膜厚度及折射率的方法，熟悉测厚仪工作的基本原理。
2、通过本实验了解薄膜表面反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成反射谱原理。
3、借助光学常数，对薄膜材料的光学性能进行分析。
[实验仪器]测厚仪、已制备好薄膜数片、参考反射板（硅片）[实验原理]SGC-10薄膜测厚仪，适用于介质，半导体，薄金属，薄膜滤波器和液晶等薄膜和涂层的厚度测量。
该薄膜测厚仪采用new-span 公司先进的薄膜测厚技术，基于白光干涉的原理来测定薄膜的厚度和光学常数（折射率n ，消光系数k ）。
它通过分析薄膜表面的反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成的反射谱，用相应的软件来拟合运算，得到单层或多层膜系各层的厚度d ，折射率n ，消光系数k 。
在一光学材料上镀各向同性的单层介质膜后，光线的反射和折射在一般情况下会同时存在的。
通常，设介质层为n1、n2、n3，φ1为入射角，那么在1、2介质交界面和2、3介质交界面会产生反射光和折射光的多光束干涉，如图(1-1)图(1-1)这里我们用2δ表示相邻两分波的相位差，其中δ=2πdn2cos φ2/λ，用r1p 、r1s 表示光线的p 分量、s 分量在界面1、2间的反射系数，用r2p 、r2s 表示光线的p 分、s 分量在界面2、3间的反射系数。
由多光束干涉的复振幅计算可知：姓名：范丽晶班级：应用物理071其中Eip和Eis分别代表入射光波电矢量的p 分量和s分量，Erp和Ers分别代表反射光波电矢量的p分量和s分量。
现将上述Eip、Eis、Erp、Ers四个量写成一个量G，即：我们定义G为反射系数比，它应为一个复数，可用tgψ和Δ表示它的模和幅角。
上述公式的过程量转换可由菲涅耳公式和折射公式给出：G是变量n1、n2、n3、d、λ、φ1的函数(φ2、φ3可用φ1表示)，即ψ=tg-1f，Δ=arg|f|，称ψ和Δ为椭偏参数，上述复数方程表示两个等式方程：[tgψeiΔ]的实数部分=的实数部分[tgψeiΔ]的虚数部分=的虚数部分若能从实验测出ψ和Δ的话，原则上可以解出n2和d(n1、n3、λ、φ1已知)，根据公式(4)~(9)，推导出ψ和Δ与r1p、r1s、r2p、r2s、和δ的关系：由上式经计算机运算，可制作数表或计算程序。
几种常用光学方法测量薄膜厚度设计
２ ０ １ ４年 ８月
Ａｕｇ ． ２ ０１ ４
几种常用光学方法测量 薄膜 厚度设计
苏宝玺 ， 杨文琴 ， 吴 荣琴
（ 福 建 师范大 学 闽南科 技学 院 ， 福 建 泉州 ３ ６ ２ ３ ３ ２ ）
［ 摘 要］ 随着科技 的进步和精密仪器的应用 ， 薄膜厚 度的测量方法层出不穷 ， 准确测 量薄膜 的厚度
［ 参考文献 ］
［ １ ］ 杨淑敏 ， 张伟 ， 曹丽萍． 利用 牛顿环干涉条纹测定薄膜厚度 ［ Ｊ ］ ． 长春师范学院学报 ： 自然科学版 ， ２ ０ １ １ ， ３ ０ （ ４ ） ： ４ ６— ４ ９ ． ［ ２ ］ 郑志远 ， 樊振军 ， 董爱 国， 等． 迈克尔逊干涉测薄膜厚度 ［ Ｊ ］ ． 大学物理 实验 ， ２ ０ １ ０， ２ ３ （ ５ ） ： ４ ９—５ ０ ．
条纹所对应的空气劈尖厚度差为 Ａ ｅ ＝ 几 睾， 再由几何相似性条件可得待测薄片厚度为
＝
ｆ Ｌ
（ １ ）
其 中， 为两 玻璃 片交 线 与所测 薄 片边 缘 的距 离 （ 劈尖 的有 效 长度 ） ， 为 ｎ个 条 纹 间 的距 离 ， 它 们 可 由 读 数显 微镜 测 出。 ２ 迈 克尔 逊干涉 仪 测量薄 膜 厚度 迈 克 尔逊 干涉 仪是一 种较 为精 密 的测 量仪 器 ， 可 以测 量气 体 、 固体 的折 射率 。同 时 ， 用 迈克 逊 干涉仪 也可 以测 量薄 膜厚 度 ， 其 测量 原理 、 方 法简单 。
Ｓｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ Ｏ ｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄｓ Ａｐｐｌ ｉ ｅ ｄ Ｔｏ Ｍｅ ａｓ ｕｒ ｅ Ｆｉ ｌ ｍ Ｔｈｉ ｃ ｋｎ ｅ ｓ ｓ
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３．１实验样品处理 实验前，要对镀膜平玻璃板的表面进行散斑处理，
以便能产生用于测量的散射干涉条纹。散斑处理的方 法有多种，本实验采用自喷亚光白漆对待测样品表面 进行喷涂，喷涂时喷嘴距样品表面应较远些，并自上而 下进行喷涂，以便使亚光白漆粒子均匀弥散在空间并 依靠重力敷着在样品上而形成“散斑表面”。 ３．２实验及结果
单，操作方便，测量精度高，适合于为物理专业学生开设物理实验。
关键词：镀膜平玻璃板；散射干涉法；散斑
中图分类号：０４—３３
文献标志码：Ａ
文章编号：１００２—４９５６（２０１０）０５—００５３—０２
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｇｌａｓｓｅｓ ｐｌａｔｅ
ｒ。 ３ ● １３３ Ｚ ９９２
●
２ ■ ７８７ ２ ● ５４８ ２ ● ０ ７６
ｒ。
３● ４４ １
３● ２５
● Ｏ ３ ４＾Ｏ
８ Ｏ ●
ｏ●
３口●２ ● ２ ７ １
（５）计算实验结果，并求出不确定度。实验测得 的被测镀膜平玻璃板的厚度为（１．９７６±０．０１２）ｍｍ。 本实验的测厚量程≤７ ｍｍ。
１ 实验原理
如图１所示，氦氖激光器发出的光束垂直通过中 心开有一小孔的光屏Ｐ，然后照射到厚度为ｄ、折射 率为咒的被测镀膜平玻璃板（由真空镀膜实验制作完 成）上。镀膜平玻璃板到光屏Ｐ的距离为Ｌ。由于镀 膜平玻璃板表面经过散斑处理，所以由平玻璃板表面 反射回来的光波场是由无数对轴对称分布的散斑对发 出的相干光柬所产生的干涉光场［４喃］，其干涉花样是一 族明暗相间的同心圆环并可由光屏Ｐ接收到。实验 发现，当光路结构设置确定之后，被测镀膜平玻璃板厚
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［１］吕斯骅，段家１氏．全面改革物理实验教学体系与内容。培养有坚实基 础的创新人才［Ｊ］．大学物理，２００３（１）：３１—３３．
［２］陈贤兴．浅谈高师物理学实验的改革探索学生创造力的培养［Ｊ］． 实验室研究与探索，２００３（３）：６７—８９．
［３］苏润溯．创新能力的培养在物理实验中的一个具体应用［Ｊ］．大学物 理实验，２００５（３）：１８—２０．
单位：ｃｍ
ｒ，
ｉ ３５６ ● ２８ ５ ２２ １ ● １ １ ２６
●
０ ● ９２ １
ｒ：
９ ７２
ｉ ● ８ ７６ ７ ７８ ● ｌ ６ ０８ １ ● ３ Ｏ９
ｒ３ ２● ３６ ９ ２ ● ２７ ２ ２ １２ ９ １ ９８ ６ １ ● ６Ｏ ２
＾ ２● ８ ４Ｏ ２● ６６Ｏ ２ ４ ９８
●
２● ２８２ ｌ● ８ ６５
按图１所示设置光路，开启激光器并预热３０～６０ ｍｉｎ，在预热过程中根据上述的调整方法对光路进行 仔细调整直至在光屏Ｐ上出现一族明暗相间的同心 圆环。待预热时间到，激光器运行稳定，可以开始进行 测量。首先测量Ｌ，然后用数码相机拍下如图３所示 的光屏上的散斑干涉花样照片。为了提高Ｌ的准确 度，实验中将镀膜玻璃平板固定在三维移动架上，使钢 板米尺的毫米刻度与螺旋测微仪的零点对齐并联动。
ｓｉｎ丫一音‘ｓｉｎ ｐ，‰一１
（１）
式中ｐ为人射角，丫为折射角。 由图２几何关系可推得入射光线与镀膜平玻璃板
前后表面的相交点之间的距离矗为
ｈ—ｄ·ｔａｎ ｙ≈ｄ。ｓｉｎ １，２铲‘ｓｉｎｆｌ （２）
根据扬氏双光束干涉理论，可求出散斑干涉条纹的半 径机公式为‘６１
ｒｋ—ｋ－。Ｅ－·｜；【， ｋ一０ １，２，３，…
物理实验教学是培养物理专业大学生科学素质和 创新能力的有效途径之一，这已是当前教育改革中的 共识［１≈］。本文根据高师院校和综合性大学物理专业 教学大纲要求，结合专业特点把本学科前沿领域的知 识以及现代科学技术的最新成果引进课堂，使学生在 课堂上所学的内容更加丰富充实，知识结构更加合理 完善。为此，对真空镀膜实验进行认真分析研究和反 复实验，设计了真空镀膜实验的后续实验题目——镀 膜平玻璃板厚度的测量。这是一种采用散射干涉来测 量镀膜平玻璃板厚度的新方法，其理论原理简单，实验 设置便捷，实验操作方便，测量精度高。
２实验设计
２．１ 实验设备 ＧＳＺ－ＩＩ全息实验防震平台及附属器件；ＨＰ一１００
型氦氖激光器；ＣＡＳｌ０６．０数码相机及三脚支架等。 ２．２实验光路调整
按图１设置实验光路，整个实验装置均设置在 ＧＳＺ—ＩＩ全息实验防震平台上以保证光路的稳定性。 首先调整入射光束的水平度，然后让光束垂直通过带 有小圆孔的光屏。光屏的接收面要光洁平整，小圆孔 内径要光滑无毛刺，孔径的大小以刚好让光束自由通 过为宜。将待测镀膜平玻璃板放置在三维可调移动板 架上，调整镀膜平玻璃板的方位使反射光束能照射到 小圆孔上而且保证其垂直于光屏。
！墨塑！！！！＝！！ｉ！
ＣＮｌｌ——２０３４／Ｔ
实验技术与管理 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
第２７卷第５期２０１０年５月 Ｖ０１．２７ Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１０
镀膜平玻璃板厚度测量实验设计
陈万金，孙颖
（吉林师范大学物理学院，吉林四平 １３６０００）
摘要：利用散射干涉法设计出测量镀膜平玻璃板厚度实验，叙述了实验原理并进行了实测。该实验原理简
收稿日期：２００９－０５－２５修改日期：２００９－０９－２８ 作者简介：陈万金（１９５６一），男，吉林省通化市人，硕士，教授，研究方
向：光测力学．
万方数据
度的变化直接影响干涉条纹的分布，而厚度一定的镀 膜平玻璃板对应着确定的干涉条纹分布。
图Ｉ实验装置示意图
根据折射定律可得： Ｔ／Ｏｓｉｎ』９一ｎｓｉｎＹ
４ 结束语
实验发现，条纹级次的选取可影响测量结果的准 确性，因为不同级次的条纹其细锐程度和清晰度都是 不同的，这可影响获得准确的原始测量数据［８３；另外， 被测镀膜透明介质平板的厚度值随测量距离Ｌ的增 加而缓慢减小等，究其原因如何？又有怎样的数量关 系？可作为研究课题让学生做，或者作为课外研究性 实验题目留给学生在实验室开放时间里完成。
依次改变并测量Ｌ的取值，再用数码相机拍下所 对应的光屏Ｐ上的散斑干涉花样的照片。用游标卡 尺精确测量不同照片上各级次的散斑干涉圆环的半
万方数据
图３散斑干涉花样（Ｌ＝６２．０４１ ｃｍ）
径。数据见表１。
Ｌ ６２ ● ４ ０ｌ ５ ９● ９ ０２ ５６ ６ ５ １
●
Ｓ２ １Ｏ７ ●
４２ ３ ０６
表１测量数据
社，２００２．
Ｃｈｅｎ Ｗａｎｊｉｎ，Ｓｕｎ Ｙｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｊｉｌｉｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｐｉｎｇ １３６０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｅｔｕｐ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｇｌａｓｓｅｓ ｐｌａｔｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｅａｓｉｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ，ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｔｏ ｓｅｔｕｐ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｐｈｙｓｉｃｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｔｅｄ ｇｌａｓｓｅｓ ｐｌａｔｅ；ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ；ｓｐｅｃｋｌｅ；ｆｒｉｎｇ ｏｒｄｅｒ
（３）
由式（２）和式（３）得
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（４）
因为ｔａｎ／５｜≈ｓｉｎｐ＝“／Ｌ，镀膜平玻璃板厚度ｄ为
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实验技术与管理
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（５）
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图２光路图
根据实验所用光源的谱线宽度的限制，可求出本实验 的测厚量程ｄＭ，ｄＭ≈Ａ２／（２ｎ·从２）２［７１。
［４］丹蒂Ｊ Ｃ．激光斑纹及有关现象［Ｍ］．黄乐天，王天及，林士英，译．北 京：科学出版社，１９８６．
［５］ＣＨＡＲＬＥＳ Ｍ Ｖ．Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ［Ｍ］．Ｎｅｗ ｙｏｒｋ： Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ，１９７５．
［６］于美文．全息光学与信息处理［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９８６． ［７］钟锡华．现代光学基础Ｉ－Ｍ］．北京：北京大学出版社，２００３． ［８］杨国光．近代光学测试技术［Ｍ］．２版．北京：机械工业出版