【正文】 8，可準(zhǔn)確測出 7的移動量，用于校準(zhǔn)電表10的刻度值 測量涂層厚度的方法 ?首先是將沒有涂層的薄膜通過滾筒 6，調(diào)整電表指零 ?當(dāng)有涂層的薄膜通過滾筒，縫寬變小，條紋向前移動，亮條紋進(jìn)入光電管，電表顯示就相應(yīng)于涂層厚度的條紋移動量 ?根據(jù)電表的偏擺就可準(zhǔn)確測定涂層厚度及其變化量，分辨率達(dá)到 采用滾筒轉(zhuǎn)速對激光束進(jìn)行閃頻調(diào)制，使?jié)L筒每轉(zhuǎn)到同一位置時(shí)，激光束就照射狹縫，借以排除滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)的徑向跳動和幾何形狀偏差對測量的影響 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 二、位移與間隙的遠(yuǎn)距離測量 衍射傳感器的原理示意圖 利用雙金屬片把溫度轉(zhuǎn)換成位移值的一種衍射傳感器 測定變形或膨脹系數(shù)的衍射傳感器原理圖 把壓力變成直線位移的衍射傳感器原理 雙金屬片 刀刃 衍射條紋 光電探測器 運(yùn)算放大器 記錄裝置 試件 刀刃 透明窗 光電檢測器 真空模擬室 膜盒 杠桿 刀刃 光電檢測器 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 三、表面缺陷的自動檢測 ? 利用激光衍射進(jìn)行表面缺陷檢測是 70年代開始的，最近已成功的對金屬篩孔、集成電路掩模、纖維、線材以及硅片的表面等進(jìn)行檢測，已具有實(shí)用價(jià)值。 1mm， 物鏡的畸變不大于 25 掃描反射鏡轉(zhuǎn)軸到光電探測器前狹縫的距離 測量精度可達(dá) % ??? ?% f? ? % ? ? % 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 激光器 被測物體 物鏡 攝像機(jī) 計(jì)算邏輯電路 選擇器 顯示器 電視測量系統(tǒng)是利用電視掃描線來測定衍射條紋的間隔，也就是衍射分布兩個(gè)極值點(diǎn)之間相應(yīng)有幾根掃描線。 14,15是電源，具體的電子學(xué)功能框圖如圖 526b）所示 激光器 望遠(yuǎn)鏡縮束系統(tǒng) 被測體 物鏡 避光罩 掃描反射鏡 濾波片 裝置原理圖 圖 526 激光衍射測量儀 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 光電倍增管 射極跟隨器 放大器 微分電路 具有增益的放大器 施密特電路 計(jì)算觸發(fā)器 多諧振蕩器 排出電路 附合電路 圖 526 激光衍射測量儀 信號處理功能框圖 電信號的處理波形如 527所示 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 從光電探測器上得到的電信號 是 VP,VP經(jīng)跟隨器送到放大器的輸入端，它負(fù)載作為微分電路，得到微分信號 Vd， Vd經(jīng)自動增益放大器，進(jìn)入施密特電路，得到脈沖序列 Vu， Vu是邏輯電路的輸入，邏輯電路由計(jì)數(shù)器，附合電路和排出電路組成。但實(shí)際上增大距離 R時(shí)，條紋平面上的照度迅速下降，同時(shí) L增大，衍射極大光強(qiáng)的分布范圍增大，這都增加測定條紋中心值的困難，造成△ L的增大。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 激光器 光調(diào)制器 被測件 光闌 透鏡 衍射條紋 光調(diào)制器 上述測量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但存在著缺點(diǎn)，這主要是：激光功率起伏，被測物位移光電探測器性能不穩(wěn)定都將影響測量精度。 P3提供監(jiān)控激光輸出功率的光電信號 。沒有物鏡也可以，這時(shí)衍射條紋的尺寸由觀察距離決定，所占空間較大。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 6）顯示部分 —— 指示出被測尺寸的數(shù)量。測兩次，聯(lián)立求解。 1 . 4 3 2 . 4 6 3 . 4 7? ? ? ?? ? ? ?， ， ， …??得 ，由作圖法可得次極大位置 tg ??? 由 求得 20 2s in( ) 0ddIdd?? ? ???極值 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) ?I0 ? ? ???2??3??亮紋的嚴(yán)格位置 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 亮紋位置 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 結(jié)果說明 間隙法作位移或者應(yīng)變值測量時(shí)，有兩種基本計(jì)量方法： 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 應(yīng)用舉例 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 三、反射衍射法 主要是用反射鏡形成狹縫 以 φ角入射的，縫寬為2w的單縫衍射 狹縫由刀刃 A與反射鏡B組成 反射鏡的作用是用以形成 A的像 A′ θ P A A′ L 2b b 棱緣 鏡像棱緣 反射表面 接收屏 反射衍射法原理圖 xk φ 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 2 s i n 2 s i n ( )w w n? ? ? ?? ? ?暗條紋 激光對平面反射鏡的入射角 光線的衍射角 試件 A的邊緣與反射鏡之間的距離 遠(yuǎn)場衍射 按三角級數(shù)展開 si n nxR? ?現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 代入整理得 1）給定 φ，已知 R， λ，一定衍射條紋級次 n，測定 xn，就可求得 w 說明： 2）由于反射效應(yīng)，裝置的靈敏度提高近一倍左右 反射衍射技術(shù)的應(yīng)用 1）表面質(zhì)量評價(jià) 2）直線性測定 3）間隙測定 2 c os sin2nnnRwxxR???????????現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 三 、 反射衍射測量法 ? θ角一般是任意的，測得某一入射角 θ位置的兩個(gè) xn值代入公式，聯(lián)立解出 θ值和 w值。 2 /Rw ?現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) nRnwx??由公式（ 511） 來計(jì)算 w， nx tn ?為計(jì)算方便，設(shè) ，則 Rwt??現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) y y1 = tg u o ? 2? ? 2? y2 = + + 而且允許被測物體空間位移而不影響測量。但在用一個(gè)探測器的情況下，激光功率的不穩(wěn)定性一級被測物體有橫向位移時(shí)，對測量結(jié)果有很大影響。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 四、技術(shù)特點(diǎn) 衍射計(jì)量在技術(shù)上有四個(gè)特點(diǎn) （ 1）靈敏度高 （ 2）精度有保證 （ 3）裝置簡單、操作方便、測定快速 （ 4）可實(shí)現(xiàn)動態(tài)的聯(lián)機(jī)測量和全場測量，測定時(shí)物體不必固定，能為工藝過程提供反饋信號，顯著提高工藝效率 激光下的夫瑯和費(fèi)衍射條紋十分清析、穩(wěn)定 非接觸測量 采用照相或光電系統(tǒng)測量衍射條紋是可行的，精度可以微米級 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 衍射計(jì)量不足之處 （ 1）絕對量程比較小，量程范圍約 ~ 超過此范圍必須用比較測量法 （ 2）當(dāng) ω小時(shí)，衍射條紋本身比較寬，不容易獲得精確測量 （ 3） R大，裝置外型尺寸不能緊湊。 2dd nwwx nR ??2 2 22() nc R xn n nn R n n Ru w u u ux x x???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? He— Ne激光器波長穩(wěn)定度一般優(yōu)于 106，這項(xiàng)誤差可不予考慮。 1）衍射條紋是平行于單縫方向的 說明 2）當(dāng) 時(shí)，出現(xiàn)一系列 I=0的暗條紋。單縫在 方向時(shí)，衍射條紋沿 y軸分別，這點(diǎn)對以后安置光電器件，進(jìn)行條紋測量師很重要的。每一列的光強(qiáng)分布，如圖（ 54b）所示。 是孔面上波面的振幅分布； 為波面上的位相分布，即孔平面上各點(diǎn)與適合參考點(diǎn)，例如 o點(diǎn)（孔中心點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)）的位相差。 遠(yuǎn)場衍射 遠(yuǎn)場衍射的基本裝置 平行光照射 E1上的 H孔時(shí)，遠(yuǎn)場衍射發(fā)生在無窮遠(yuǎn)。按幾何光學(xué)的觀點(diǎn)。 20s in ?????????II??? s inπ b?1 單縫夫瑯和費(fèi)衍射的相對光強(qiáng)分布 0IIb? b?2b??b?2?現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 二、計(jì)量原理 激光衍射計(jì)量的基本原理 利用激光下的夫朗和費(fèi)衍射效應(yīng) 近場衍射也稱為菲涅爾衍射 當(dāng)光源 S照明 E1平面上的一個(gè)孔 H時(shí)，在距離 R的觀察屏 E2上將看到孔 H的陰影。 2）夫瑯和費(fèi)衍射，光源和觀察屏距離衍射屏都相當(dāng)于無限遠(yuǎn)，因而又稱為遠(yuǎn)場衍射?，F(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 第五章 光衍射技術(shù) 韋 宏 艷 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 本章大綱 重點(diǎn)： 難點(diǎn)： 基本要求： 激光衍射計(jì)量原理 激光衍射計(jì)量技術(shù) 激光衍射實(shí)際應(yīng)用 激光衍射計(jì)量技術(shù)的基本方案 激光衍射技術(shù)的應(yīng)用 激光衍射計(jì)量原理 掌握激光衍射計(jì)量原理，了解激光衍射計(jì)量技術(shù)的基本方案，包括間隙計(jì)量法、反射衍射法、分離間隙法等 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 激光衍射計(jì)量原理 一、概述 二