激光平面干涉仪说明书讲解

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）。对于干涉条纹可目视、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：D1=φ146mm

不平度小于0.02um

2.第二标准平面（B面），不镀膜。工作直径：D2=φ140mm

不平度小于0.03um

3.准直系统：孔径F/2.8，工作直径：D0=φ146mm

焦距：f=400mm

4.测微目镜：焦距f=16.7mm，放大倍数β=15X，视场角2W=40°，

成像物镜：1.D=4.5 II.D=7 III.D=10

F=15 f=23 f=37

5.工作波长：632.8nm

6.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 350X400X720mm

9.仪器重量：100公斤

图一第一标准平面（A面）精度照片

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。

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。

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△BEC和△BCF可行

EC=BCsin i （3）

BC=2h tg i′ （4）

将公式(4代入（3）后，再和（2）一起代入（1）得：

因为n sin i=n′sin i′,所以

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

应该用下式来表示：

（5）

为了讨论方便起见，将公式（5）写成如下的形式：

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φ=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：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——即条纹宽度B由下决定：

B= (以弧线计 (6)

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

图六

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。