菲索干涉仪之基本原理

菲索干涉仪之基本原理

发布时间:2008-4-2 20:01:46 返回

菲索干涉仪

菲索干涉仪（图1）又可称为光学平板，通常用来检验经过研磨或抛光加工的工件，例如测微器砧座、精测块规、卡规、精密研磨平面、光学玻璃皆可使用菲索干涉仪来检验。其加工状况。利用菲索干涉仪作检验的工件，表面须经过研磨或抛光加工，以求工件表面之反射光线有足够强度，以便与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带，因此一般加工表面，因为表面不光滑或太粗糙，工件表面之反射光线太弱，与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带也太弱而无法分辨，另外，工件表面太粗糙时，空气楔间隔也太大，造成条纹太密，以致肉眼无法观察。

图 1 菲索干涉仪

菲索干涉仪利用光波干涉原理而形成明暗相间的色带，很多场合都只把菲索干涉仪当作定性分析的工具，但事实上，以此色带的数目及形状便可以作微小尺寸，菲索干涉仪的原理可由光的干涉原理来解释，菲索干涉仪部份反射镜与反射面的空气楔间隔为 d，则菲索干涉仪部份反射镜的作用面与工件表面分别会反射光线，因为工件反射面所反射的光比菲索干涉仪部份反射镜的作用面所反射光线多走了 2d 的光程差，因此造成两道光干涉所需之相位差，因而形成干涉条纹，干涉条纹可以肉眼观察，亦可以CCD 照相取得，由黑色干涉条纹数可以推算出空气楔间隔的大小，考虑光波从疏介质进入密介质波前相位改变 180 度，其黑色干涉条纹之公式如下:

2d = (n +1/2 )

n :为条纹数

d :空气间距

λ :空气间光波的波长

在作干涉条纹之定量分析时，并不须刻意去找寻接触点或基准点，若光学平板与工件被测面呈一微小角度相交，其上所产生出的条纹分别表示菲索干涉仪与被测面相对点的空气楔高度。我们可以任意令工件表面某点为基准点，依此向前后左右推得工件表面整体的空气楔高度，最后将光学平板之倾斜高度扣掉，即得工件被测面之表面起伏情形。初次使用菲索干涉仪的人可能会迷惑于干涉条纹数常因空气楔高度的改变而改变，亦即将菲索干涉仪之光学平镜下压时，干涉条纹数目通常变少，干涉条纹间隔加大，但如扣掉菲索干涉仪之光学平镜倾斜高度，则工件被测面之表面起伏情形结果应一致。

菲索干涉仪之光源可使用发出单一波长的气体放电灯，例如氦气和钠灯，若使用普通光，则无法看到条纹，因为普通光具有各种波长，导致各种条纹互相迭合无法辨识。使用单色光即可避免上述情形，唯须在其同调长度内测量。像氦氖灯这种单色光，其同调长度很短，如果不在这个很短的距离量测的话，就得不到干涉条纹，所以光学平镜必须与待测物贴紧来量测，这样的量测有一缺点：即是会磨损光学平镜与待测物。其解决之道，就是采用同调长度较长的雷射光来量测，可将光学平镜和待测物分开一段距离。氦氖灯价格7万元至15万，氦气雷射价格1万至万元，但使用雷射时须加上光束扩散架设装置。

至于菲索干涉仪之条纹之分析可直接将光学平镜量测所得之条纹建立一个高度对照表再利

用最小平方误差的方法将倾斜面之高度差消除掉此法又可称为倾斜面消除法。有些人在测量时，对光学平镜、施力不同，而得到不同的条纹，认为光学平镜不准确，事实上，只是因为施力不同造成不同的倾斜面，此时必须将倾斜面因素扣除，仍然都能得到相同的结果。

另外值得一提的是光学平镜的第二种检查方式（目前最常用），如果待测物表面很平，则检查的条纹应该是互相平行的直线，且彼此间间隔相等。如果有斜线产生，则对此斜线作一切线：视其与相邻的第几条干涉条纹相交，切线与隔二条条纹的干涉条纹相交，我们可称其偏差量为二个暗带。最后可得实际偏差量2 ⨯λ/2 （当使用氦气灯时，λ/2=0.294μm ），这种检查法实施简单，因此为一般机械工厂品管人员所乐用，但只能提供初步判断，对于一些特殊条纹，例如条纹彼此平行且为直线，但间隔不相等时，就必须用倾斜去除法来量测，或者将光学平镜作各种倾斜方向来量测，亦可消除此类误差。

干涉仪之基本原理

菲索干涉仪

菲索干涉仪（图1）又可称为光学平板，通常用来检验经过研磨或抛光加工的工件，例如测微器砧座、精测块规、卡规、精密研磨平面、光学玻璃皆可使用菲索干涉仪来检验。其加工状况。利用菲索干涉仪作检验的工件，表面须经过研磨或抛光加工，以求工件表面之反射光线有足够强度，以便与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带，因此一般加工表面，因为表面不光滑或太粗糙，工件表面之反射光线太弱，与菲索干涉仪的作用面所反射光线相干涉而形成色带也太弱而无法分辨，另外，工件表面太粗糙时，空气楔间隔也太大，造成条纹太密，以致肉眼无法观察。

图1菲索干涉仪

菲索干涉仪利用光波干涉原理而形成明暗相间的色带，很多场合都只把菲索干涉仪当作定性分析的工具，但事实上，以此色带的数目及形状便可以作微小尺寸，菲索干涉仪的原理可由光的干涉原理来解释，菲索干涉仪部份反射镜与反射面的空气楔间隔为d，则菲索干涉仪部份反射镜的作用面与工件表面分别会反射光线，因为工件反射面所反射的光比菲索干涉仪部份反射镜的作用面所反射光线多走了2d的光程差，因此造成两道光干涉所需之相位差，因而形成干涉条纹，干涉条纹可以肉眼观察，亦可以CCD照相取得，由黑色干涉条纹数可以推算出空气楔间隔的大小，考虑光波从疏介质进入密介质波前相位改变180度，其黑色干涉条纹之公式如下:

2d = (n +1/2 )

n :为条纹数

d :空气间距

:空气间光波的波长

在作干涉条纹之定量分析时，并不须刻意去找寻接触点或基准点，若光学平板与工件被测面呈一微小角度相交，其上所产生出的条纹分别表示菲索干涉仪与被测面相对点的空气楔高度。我们可以任意令工件表面某点为基准点，依此向前后左右推得工件表面整体的空气楔高度，最后将光学平板之倾斜高度扣掉，即得工件被测面之表面起伏情形。初次使用菲索干涉仪的人可能会迷惑于干涉条纹数常因空气楔高度的改变而改变，亦即将菲索干涉仪之光学平镜下压时，干涉条纹数目通常变少，干涉条纹间隔加大，但如扣掉菲索干涉仪之光学平镜倾斜高度，则工件被测面之表面起伏情形结果应一致。

菲索干涉仪之光源可使用发出单一波长的气体放电灯，例如氦气和钠灯，若使用普通光，则无法看到条纹，因为普通光具有各种波长，导致各种条纹互相叠合无法辨识。使用单色光即可避免上述情形，唯须在其同调长度内测量。像氦氖灯这种单色光，其同调长度很短，如果不在这个很短的距离量测的话，就得不到干涉条纹，所以光学平镜必须与待测物贴紧来量测，这样的量测有一缺点：即是会磨损光学平镜与待测物。其解决之道，就是采用同调长度较长的雷射光来量测，可将光学平镜和待测物分开一段距离。氦氖灯价格7万元至15万，氦气雷射价格1万至5万元，但使用雷射时须加上光束扩散架设装置。

至于菲索干涉仪之条纹之分析可直接将光学平镜量测所得之条纹建立一个高度对照表再利用最小平方误差的方法将倾斜面之高度差消除掉此法又可称为倾斜面消除法。有些人在测量时，对光学平镜、施力不同，而得到不同的条纹，认为光学平镜不准确，事实上，只是因为施力不同造成不同的倾斜面，此时必须将倾斜面因素扣除，仍然都能得到相同的结果。

另外值得一提的是光学平镜的第二种检查方式（目前最常用），如果待测物表面很平，则检查的条纹应该是互相平行的直线，且彼此间间隔相等。如果有斜线产生，则对此斜线作一切线：视其与相邻的第几条干涉条纹相交，切线与隔二条条纹的干涉条纹相交，我们可称其偏差量为二个暗带。最后可得实际偏差量2 λ/2 （当使用氦气灯时，λ/2=0.294μm ），这种检查法实施简单，因此为一般机械工厂品管人员所乐用，但只能提供初步判断，对于一些特殊条纹，例如条纹彼此平行且为直线，但间隔不相等时，就必须用倾斜去除法来量测，或者将光学平镜作各种倾斜方向来量测，亦可消除此类误差。