3. Принцип метода измерения и рабочая формула

Принцип метода заключается в следующем: свет от источника света разделяется на две части, одна из которых отражается эталонной плоской полированной поверхностью (зеркалом), а вторая исследуемой поверхностью. Если поверхности образуют малый угол, то между ними возникает оптический клин, в котором и возникает оптическая разность хода между двумя частями волны. Причём

, (3)

где – высота клина, а n – показатель преломления среды.

Так как высота клина , в разных его частях разная, то это приводит к возникновению светлых и тёмных полос, параллельных ребру клина. Светлые полосы наблюдаются в местах, где выполняется условие (1), а тёмные там, где выполняется условие (2). Две соседние тёмные (или светлые) полосы отличаются значением k в формулах (1) и (2) на единицу, т.е. различие в величине для соседних полос равно длине волны . Тогда по формуле (3) различие в высоте воздушного зазора, в местах возникновения двух соседних полос:

В случае воздуха , тогда: .

Каждая тёмная (или светлая) полоса соответствует одинаковой высоте зазора .

Интерференционная картина, возникающая при наложении (сложении) двух пучков света, отраженных от исследуемого объекта и эталонного зеркала, соответственно, представлена на рис. 4.

а) б)

Рис.4. Вид характерной интерференционной картины

а) – от полированной поверхности металла с нанесенным штрихом глубиной Н = 0,55 мкм;

б) – от шероховатой поверхности детали, обработанной прямолинейно движущемся режущим инструментом

Если где-то на исследуемой поверхности имеется канавка (или выступ), то это нарушает интерференционную картину в этом месте и приводит к искривлению полос. Причём направление изгиба говорит о том выступ это или канавка, а величина искривления позволяет судить о высоте неровности. Если нижняя сторона рис. 4а соответствует меньшей толщине клина, а верхняя большей, то искривление интерференционных полос вниз соответствует выступу, а вверх – канавке. Очевидно, величина изгиба в одну полосу, соответствует изменению оптической разности хода на величину равную длине волны , и изменению высоты на .

Если величина искривления полос равна d, а ширина одной полосы b, то высота неровности очевидно определяется по формуле:

. (4)

4. Измеряемый объект

Измеряемым объектом по указанию преподавателя является один из двух:

а) полированная стальная пластина с нанесенным штрихом;

б) стеклянная пластина с рельефом, образованным напыленной пленкой.

5. Экспериментальная установка

Лабораторная установка представляет собой промышленный микроинтерферометр МИИ-4М.

Упрощённая оптическая схема установки приведена на рис.5. Она содержит следующие элементы:

источник света, в качестве которого используется галогенная лампа расположенная в выносном блоке;
светофильтр для получения монохроматического излучения с длиной волны λ = 0,532 мкм;
светоделитель, в качестве которого используется стеклянный куб с полупрозрачным зеркальным слоем;
полупрозрачное зеркало, расположенное по диагонали стеклянного куба;
объектив;
исследуемая поверхность;
окуляр, через который наблюдают исследуемую поверхность и интерференционную картину;
вспомогательный объектив;
эталонное зеркало, установленное с возможностью плавного малого изменения угла наклона поверхности по двум координатам.

Свет от источника (1) (рис. 5) попадает на светоделитель (3), представляющий собой стеклянный куб, внутри которого находится полупрозрачный слой (4). Полупрозрачный слой делит исходный пучок на два: первый – отраженный – проходит через объектив (5), отражается от исследуемой поверхности (6) назад, и снова пройдя через светоделитель, попадает в окуляр (7); второй, прошедший через вспомогательный объектив (8), попадает на зеркало (9), отражается назад и от полупрозрачного слоя (4) проходит в окуляр (7). Таким образом, через окуляр (7) наблюдается плоскость изображения (10), в которой складываются два когерентных пучка, имеющие оптическую разность хода , определяемую высотой неровностей и углом наклона исследуемой поверхности относительно зеркала.