第六章 激光衍射测量.

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1、第六章第六章 激光激光衍射测量衍射测量广学 明德 海纳 厚为2光的衍射现象光的衍射现象：光波在空间传播遇到障碍时，其光波在空间传播遇到障碍时，其传播方向会偏离直线传播，弯入到障传播方向会偏离直线传播，弯入到障碍物的几何阴影中，并呈现光强的不碍物的几何阴影中，并呈现光强的不均匀分布的现象。均匀分布的现象。6.1 激光衍射测量激光衍射测量3两类衍射两类衍射45单缝衍射单缝衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射 基基 本本 光光 路路676.2.1 激光衍射测量原理激光衍射测量原理光的衍射现象，按衍射物和观察衍射条纹的屏幕(即衍射场)之间的位置关系一般分为两种类型：菲涅耳衍射和夫琅和费衍

2、射 单缝衍射测量： 单缝衍射测量的原理：单缝夫琅和费衍射。条纹的光强可表示为：单缝衍射测量的原理：单缝夫琅和费衍射。条纹的光强可表示为： 衍射测量原理图衍射测量原理图202sinsinsintankkbIIxL 暗条纹单缝衍射测量的分辨力、精度和量程单缝衍射测量的分辨力、精度和量程: : kLbdxdbtk22222kkkkxxkLLxkxkLb单缝衍射测量的基本公式单缝衍射测量的基本公式: ,: ,当被测物体尺寸改变当被测物体尺寸改变时，相当于狭缝尺寸改变时，相当于狭缝尺寸改变，衍射，衍射条纹的位置也随之改变条纹的位置也随之改变, ,可得可得 kxkLb0011kkxxkLbb10圆孔爱里圆

3、孔爱里11圆孔衍射测量圆孔衍射测量v圆孔的夫琅禾费衍射原理示意图圆孔的夫琅禾费衍射原理示意图210)(2xxJIIPafd22. 12sin1.22ax12间隙测量法间隙测量法 其基于单缝衍射的原理。作尺寸的比较测量,如图(a)。作工件形状的轮廓测量，如图(b)。作为应变传感器使用，如图(c)。用间隙测量法测量位移,即测量狭缝宽度b的改变量=b-b,可采用绝对法,求出变化前后的两个缝宽b和b，然后相减。也可以用增量法。后者所用公式为 间隙测量法的应用间隙测量法的应用sinsin) (sinsinNkkkkbb13反射衍射测量法反射衍射测量法 反射衍射是利用被测物的边缘和反射镜构成的狭缝来进行衍

4、射测量的。 反射衍射法原理图反射衍射法原理图在在P P点处出现第点处出现第级暗条纹的光程差应满足级暗条纹的光程差应满足 在该图的几何关系下缝宽可以表示为在该图的几何关系下缝宽可以表示为 kbbsin2sin2sin2cos2LxxkLbkk分离间隙法分离间隙法利用参考物与被测物不在同一平面内情况下所形成的衍射条纹进行精密测量的方法称为分离间隙法。测量出正负不同级次k1和k2上的暗条纹的位置 和 即可由下式计算出狭缝宽度和间隔 分离间隙法原理图分离间隙法原理图1kx2kxLzxxLkLzxxLkbkkkk22222111互补测量法互补测量法激光互补衍射测量法的原理是巴俾涅互补定理。巴俾互补涅定理

5、：如下两个互补屏。当用平面波照射时，它们产生的衍射图形的形状和光强完全相同，仅相位相差。可以测量细丝、薄带；互补测量法测量细丝直径的范围一般是0.010.1mm，测量精度可达到0.05微米。巴比涅互补衍射屏巴比涅互补衍射屏爱里斑测量法爱里斑测量法基于圆孔夫朗和费衍射的测量方法称作爱里斑测量法。原理：用爱里斑中归一化光强的大小的测量来确定被测孔的直径。下图是用爱里斑测量人造纤维或玻璃纤维加工中的喷丝头孔径的原理图。喷丝头孔径的爱里斑测量原理示意图喷丝头孔径的爱里斑测量原理示意图激光衍射测量的应用（激光衍射测量的应用（1）薄膜材料表面涂层厚度测量 ：使用分离间隙法，图示为其原理。 薄膜材料表面涂层厚度测量薄膜材料表面涂层厚度测量18激光衍射测量的应用（激光衍射测量的应用（2）薄带宽度测量 钟表工业中的游丝以及电子工业中的各种金属薄带(一般宽度在1毫米)以下，均可利用激光衍射互补测量法进行测量。在测量时要求薄带相对激光束的光轴有准确的定位，否则将引起测量误差。图示是薄带宽度测量原理图。 薄带宽度测量原理图薄带宽度测量原理图