ЧФ ПНИПУ. Лабораторные работы по физике

Министерство образования и науки российской федерации

Чайковский филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Пермский национальный исследовательский политехнический университет"

(ЧФ ПНИПУ)

Кафедра гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

Лаборатория физики

Оптика

Лабораторная работа №4

“Определение шероховатости поверхности

с помощью микроинтерферометра Линника”

2011

Цель работы: познакомиться с принципом действия и устройством МИИ-4. Определить шероховатость поверхности.

Приборы и материалы: микроинтерферометр Линника МИИ-4, исследуемые образцы.

Принцип действия и описание прибора

Микроинтерферометр Линника предназначен для визуальной оценки, изме­ре­ния и фотографирования неровностей поверхностей после различных видов механической обработки. Прибор позволяет измерить высоту неровностей в пределах от 0,8 до 0,05 микрона, что соответствует 10–14 классам чистоты поверхности. Наблюдения могут вестись как в обычном, так и в монохроматическом свете.

Действие микроинтерферометра Линника основано на явлении интерференции света. Как известно, интерферировать могут только когерентные лучи, для получения которых необходимо разделить световые лучи, исходящие от одного источника света, и направить их разными путями в точку, где наблюдается интерференция.

Вмикроинтерферометре Линника пучок света от источникаS, расположенного в фокальной плоскости объектива 1 (рис. 1), направляется параллельным пучком к разделительной пластинке 3. На задней стороне пластинки нанесен тонкий слой серебра, делящий этот пучок пополам. Половина пучка, отраженная от задней стороны пластинки, собирается в фокусе объектива 2 на испытуемой поверхности М₁, отражается от неё, снова проходит объектив 2, пластинку 3 и собирается в фокальной плоскости окуляра 6, где наблюдается изображение испытуемой поверхности.

Вторая половина пучка, прошедшая посеребренную поверхность, собирается в фокальной плоскости объектива 5 на зеркале М₂, отображается от посеребренной поверхности пластинки 3 и также собирается в фокальной плоскости окуляра 6. В этой плоскости и происходит интерференция раздельных пучков света. Так как первый пучок лучей проходит пластинку 3 два раза, а второй не проходит этой пластинки, то на пути второго пучка ставится пластинка 4, компенсирующая добавочную разность хода.

На рис. 1 показан только ход центральных лучей от источника. В общем случае разность хода лучей, а следовательно, и вид интерференционной картины, обусловлены неравенством плеч интерферометра, шероховатостью испытуемой поверхности и углами, которые образуют падающие лучи с поверхностями М₁ и М₂. Если исследуемая поверхность абсолютно гладкая, то интерференционная картина состоит из системы темных и светлых полос. Темным полосам (минимумам) соответствует разность хода между лучами, отраженными и прошедшими через посеребренную поверхность пластинки 3, равная /2, 3/2, 5/2 и т.д.; светлым (максимумам) – 0, , 2, 3… Если на исследуемой поверхности имеется впадина глубиной /2, то для соответствующих лучей возникает добавочная разность хода, равная , т.к. свет проходит эту впадину дважды. При этом соответствующая интерференционная полоса искривляется и достигает полосы следующего порядка.

Таким образом, глубина неровности испытуемой поверхности, равная /2, вызывает искривление интерференционной полосы на величину h₀ одного интервала между полосами. Тогда искривление полосы на величину h будет вызвано глубиной неровности Н, которую найдем, составив пропорцию:

Откуда (1)

Вид интерференционной картины в поле зрения микроинтерферометра представлен нарис. 2. С помощью микроинтерферометра Линника можно достаточно точно измерить изгиб в 0,1 интервала между полосами (h/h₀=0,1), что соответствует высоте неровности при измерении в белом свете (=0,55 мк): .

Микроинтерферометр МИИ-4 имеет круглое основание 1 (рис. 3), на котором может быть установлена фотокамера или рамка с матовым стеклом 2. К верхнему торцу основания привинчена полая колонка 3, несущая предметный столик 11, который при помощи двух микрометрических винтов 10 может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме того, столик может поворачиваться вокруг вертикальной оси и стопориться винтом 13. В колонке под углом 70˚ к вертикальной оси расположен наблюдательный тубус с окулярным микрометром. На тубусе имеется кольцо 4, вращением которого можно вводить в оптическую систему отражательное зеркало.

Винт 18 служит для фокусировки микроскопа на объект.

Интерференционная головка содержит: осветитель 6 с винтами 5 и 7 для центрирования лампы; горизонтально выдвигающуюся пластинку 8 с тремя отверстиями в двух поставлены светофильтры: зеленый _з=0,543 мк и красный _к=0,602 мк; кольцо 9 с накаткой – для измерения диаметра апертурной диафрагмы; рукоятку 14 для включения шторки; винт 17, вращением которого вокруг своей оси можно изменять ширину интерференционных полос, а вращением вокруг всей интерференционной головки – направление полос; винт 16 для смещения интерференционных полос в поле зрения микроскопа.