5-第五讲 干涉显微镜的操作使用

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1、第六讲干涉显微镜的操作使用把显微镜和光波干涉仪结合起来设计而成的显微镜为干涉显微镜。在金相研究中，主要用来显示并测量试样表面的微小高度差，从而研究金相磨面的微观几何外形及塑性变形中滑移带的间距等。联系后面会提到的微差干涉技术成像，在实践过程中，比较两种技术的差异。一、干涉显微镜的原理干涉显微镜的类型很多，但其原理却都是以劈尖干涉为基础的，其基本原理请同学们参看普通物理中的相关章节，在此仅简述如下。下图为劈尖干涉的示意图：若在两块平面玻璃间垫一层薄纸，即形成一个空气劈尖（为便于说明问题图中夸大了纸片的厚度）。当一束单色光

2、射入时，则在空气劈尖（n=1）上下两表面所引起的反射光线将相互干涉。劈尖在C处的厚度为d，光线a、b在劈尖上下表面反射后形成相干光。若这两束光的光程差恰为半波长的奇数倍时，则发生相消干涉而呈现暗色条纹；若光程差为半波长的偶数倍时，发生加强干涉而得到明亮条纹。一定的明暗条纹对应一定的厚度，所以这些干涉条纹也叫等厚条纹，像地球上的等高线。条纹间的距离L，随劈尖的夹角而变化，越小，L越大。SbaC任何两个相邻的明条纹（暗条纹）之间的光程差为一个波长。即。所以，对应两个相邻明（暗条纹）间空气隙的厚度差。以金属表面代替其中一个玻

3、璃反射面时，即可应用劈尖原理检查金属表面的平整度。若金属表面是光学平整平面，可得平直条纹；若试样表面有凹凸细节，则条纹发生曲折。根据干涉条纹的测量结果，可以计算出试样表面凸起或凹下的高度。设表面凸起处干涉条纹弯曲量为，相邻明条纹（暗条纹）之间的距离为，同时又已知相邻两干涉明条纹（暗条纹）之间高度差为λ/2。则凸起的高度Ｈ可用下式求出：式中λ为入射单色光波长。同时按下式可测定凸出处底部宽度Ｂ：其中为轮廓角，可由量角器测得。因此，干涉显微镜能精密的测定金属磨面的微观几何外形。二、干涉显微镜1、工作原理144以6JA型干涉显

4、微镜为例进行说明。干涉显微镜是干涉仪和显微镜的结合。将被测件和标准光学镜面相比较。用光波波长作为尺子来衡量工件表面的不平深度。由于光洁度是微观不平深度。所以用显微镜进行高倍放大后再行观察和测量。为了获得干涉，必须使光源S发出的光束经分光板T后分为两束；一束透过分光板T，补偿板T1，显微物镜O2后射向被测工件P2的表面；由P2反射后经原路返回至分光板T，再在T上反射，射向观察目镜O3；另一束由分光板T反射后通过物镜O1射到标准镜P1上，由P1反射，再经物镜O1并透过分光板T，也射向观察目镜O3。它与第一束光线相遇，产生干

5、涉。通过目镜O3可以看到定位在工件表面上的干涉条纹。分光板T、补偿板T1、物镜O1、O2以及标准镜P1等都经过精密加工，如果被测工件表面也是同样精密那么就可以得到没有曲折的直接干涉条纹。调节P1、P2至物镜O1、O2的距离，使目镜视场中能清晰的看到P1、P2的表面像。同时物镜O1、O2离分光板分光点的光学距离相等时，说明干涉仪的二臂之长相等，视场中出现零次干涉条纹。用白光照明时，视场中央出现两条近似黑色对称条纹；再其次，对称分布着数条彩色条纹。使P2作高低方向微量移动时，视场中干涉条纹也作相应的位移。P2的移动量t与视

6、场中干涉条纹的移动量ΔN有确定的关系，t等于λ/2时（λ为光波的波长）视场中干涉条纹移动一个条纹间隔，即原来零次条纹移到1次条纹的位置，原来1次条纹的位置移到2次条纹的位置……。如果P2上有一凹穴或凸缘，其凹凸的深度为t，那么在视场中此凹凸部分成像处的干涉条纹也相应弯曲。弯曲量ΔN（单位为条纹间隔数量，几个条纹或几分之一个条纹间隔），t与也与上述一样有确定关系,即。因此测量时与干涉条纹的视见宽度无关。本仪器就是用测量现场中干涉条纹的弯曲量，反过来推算出零件表面的不平深度。仪器上的干涉滤色片，使白光过滤后，只有半宽度很小

7、的这部分单色光通过仪器，这种单色光有较好的相干性。因此在使用仪器时为寻找干涉条纹提供了方便；同时，这种单色光有确定的波长值，因而能提高测量精度。2、结构与操作以6JA型干涉显微镜为例，其主体是个方箱。上面是工作台（2）。前面是目镜（1）。后面是干涉条纹调节机构（3），（3）下面是灯源（4）。（1）下面是照相机（5）。主体安置在底座（16）上。两旁还有各种用途的手轮。下面分别介绍如下。144⑴目镜头它是一个普通的测微目镜。转动测微目镜上鼓轮（1a）能使目镜视场中十字线位移。位移量由分划刻度和鼓轮上刻度读出。视场中刻线格值

8、1毫米。鼓轮上刻线格值0.01毫米。松开螺丝（1b）可将测微目镜在目镜转头（1c）中转动。同时也可将测微目镜从镜筒拔出。换上狭缝目镜（17）。目镜转头（1c）（在松开支紧螺钉1d后）。可连同测微目镜在主体上转动。测量大工件时，把仪器倒过来放在被测工件上。此时目镜转头也应转过180°。定位为准。⑵工作台用手推滚花轮（2a）可是工作台