第六章 激光衍射测量

]2
x 2a sin 1.22
d 1.22 f '
a
圆孔的夫琅禾费衍射原理示意图 11
间隙测量法
其基于单缝衍射的原理。作尺寸的比较测量,如图(a)。作工件 形状的轮廓测量，如图(b)。作为应变传感器使用，如图(c)。
间隙测量法的应用
用间隙测量法测量位移,即测量狭缝宽度b的改变量=b’-b,可采
在该图的几何关系下缝宽可以表示为
b kL
2xk
c os


xk 2L
s in

13
分离间隙法
利用参考物与被测物不在同一平面内情况下所形成的衍射 条纹进行精密测量的方法称为分离间隙法。
测量出正负不同级次k1和k2上的暗条纹的位置xk1和 xk 2 即可
由下式计算出狭缝宽度和间隔
薄膜材料表面涂层厚度测量
激光衍射测量的应用（2）
薄带宽度测量 钟表工业中的游丝以及电子工业中的各种金属薄带(一般宽
度在1毫米)以下，均可利用激光衍射互补测量法进行测量。 在测量时要求薄带相对激光束的光轴有准确的定位，否则 将引起测量误差。图示是薄带宽度测量原理图。
薄带宽度测量原理图 18
单缝衍射测量的原理：单缝夫琅和费衍射。条纹的光强可表示为：
I

sin2 I0 2




b

sin

暗条纹
k
sin


tan

xk
L
衍射测量原理图
单缝衍射测量的基本公式:
b kL
xk
,
当被测物体尺寸改变δ 时，相当于狭缝尺寸改变δ ，衍射 条纹的位置也随之改变,可得
用绝对法,求出变化前后的两个缝宽b和b’，然后相减。也可以
用增量法。后者所用公式为
b'b k k' (k k' ) N
12
sin sin
sin
sin
反射衍射测量法
反射衍射是利用被测物的边缘和反射镜构成的狭缝来进行 衍射测量的。
反射衍射法原理图
在P点处出现第级暗条纹的光程差应满足 2bsin 2bsin k
第六章 激光 衍射测量
广学 明德 海纳 厚为
6.1 激光衍射测量
光的衍射现象：光波在空间传播遇到障碍时，其
传播方向会偏离直线传播，弯入到障 碍物的几何阴影中，并呈现光强的不 均匀分布的现象。
2
两类衍射
3
4
单缝衍射
夫琅禾费单缝衍射基本光路
5
6
7
6.2.1 激光衍射测量原理
光的衍射现象，按衍射物和观察衍射条纹的屏幕(即衍射场)之 间的位置关系一般分为两种类型：菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 单缝衍射测量：
b k1L zxk1 k2 L zxk 2
xk1 2L xk2 2L
分离间隙法原理图
互补测量法
激光互补衍射测量法的原理是巴俾涅互补定理。 巴俾互补涅定理：如下两个互补屏。当用平面波照射时，它 们产生的衍射图形的形状和光强完全相同，仅相位相差。 可以测量细丝、薄带； 互补测量法测量细丝直径的范围一般是0.01~0.1mm，测量精 度可达到0.05微米。
巴比涅互补衍射屏
爱里斑测量法
基于圆孔夫朗和费衍射的测量方法称作爱里斑测量法。 原理：用爱里斑中归一化光强的大小的测量来确定被测孔的 直径。 下图是用爱里斑测量人造纤维或玻璃纤维加工中的喷丝头孔 径的原理图。
喷丝头孔径的爱里斑测量原理示意图
激光衍射测量的应用（1）
薄膜材料表面涂层厚度测量 ：使用分离间隙法，图示为其 原理。


b

b0

kL
1 xk

1 xk0

单缝衍射测量的分辨力、精度和量程:
ห้องสมุดไป่ตู้
db b2 t
dxk kL
b

2
kL xk




k
xk
2

L



kL
xk2
xk
2
圆孔爱里
10
圆孔衍射测量

IP

I
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J
1( x
x)