Описание интерферометра и методика измерения

Оптические измерительные приборы, действие которых основано на использовании явления интерференции света, называют интерферометрами.

Для получения двух когерентных световых пучков в интерферометрах используют светоделитель, выполненный либо в виде полупрозрачного зеркала, либо в виде призмы-куба с полупрозрачной гипотенузой. Светоделитель расщепляет световую волну на две части – отраженную и прошедшую через него. Полученные таким образом когерентные волны проходят различные оптические пути, отражаются от специальных зеркал и с помощью того же светоделителя направляются в объектив микроскопа или зрительной трубы, с помощью которых и наблюдают интерференционную картину.

На рис. 1.8 показана оптическая схема интерферометра Линника. В качестве светоделителя в интерферометре используется призма-куб с полупрозрачной гипотенузой. Роль одного из зеркал выполняет изучаемая поверхность.

Исследуемая поверхность

Рис. 1.8. Оптическая схема интерферометра Линника

Параллельный пучок света от источника направляется на светоделитель и разделяется им на два пучка 1 и 2. Первый пучок, отразившись от зеркала и от полупрозрачной гипотенузы светоделителя, попадает в объектив микроскопа. Второй пучок, отразившись от исследуемой поверхности и пройдя сквозь посеребренную гипотенузу куба, также поступает в микроскоп. Эти лучи когерентны и интерферируют. В микроскопе наблюдается интерференционная картина. Её характер определяется разностью хода, возникающей при прохождении пучков лучей

1 и 2 от полупрозрачной гипотенузы куба до соответствующих зеркал и обратно. Если исследуемая поверхность – идеально плоское зеркало, установленное перпендикулярно основному зеркалу, то все поле зрения микроскопа будет ровно освещено, т.к. все лучи 1 и 2 пучков будут иметь одну и ту же разность хода. Степень освещенности поля микроскопа будет зависеть от того, чему равна эта разность хода. Если , то освещение максимально, а если , то поле тёмное.

Если одно из зеркал повернуть на небольшой угол, то разность хода лучей будет линейно изменяться по поверхности зеркал, и в микроскопе будет наблюдаться интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос. Если исследуемая поверхность имеет дефекты, то в местах выступов или впадин интерференционные полосы искривляются. Искривление полос вызы­ва­ется изменением длины пути, проходимого теми лучами светового пучка 2, которые отражаются от впадин или выступов. Величина искривления полос тем больше, чем больше высота неровности или глубина царапины (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Искривление интерференционных полос

В данной работе используется микроинтерферометр Линника МИИ-4, предназначенный для визуальной оценки, а также измерений и фотографирования высоты неровностей обработанных поверхностей.

В поле зрения микроинтерферометра МИИ-4 видны одновременно исследуемая поверхность и интерференционные полосы (при использовании ахроматического света – это цветные линии).

Измерение величины искривления и расстояния между полосами (интервала или периода интерференционной картины) осуществляется винтовым окулярным микрометром МОВ-1-15, который прилагается к интерферометру.

Прибор МИИ-4 позволяет измерять высоты неровностей в пределах от 1 до 0,03 мкм, что соответствует чистоте обработки поверхности от 10 до 14 класса включительно по ГОСТ 2789–73* (всего, в зависимости от качества обработки, поверхности оцениваются по ГОСТ 2789–73* 14 классами шероховатости).