试用等距计算法测量平晶平面度

　　1　问题的提出

　　以等厚干涉方法测量平晶平面度,常在平面干涉仪上进行,并与标准平晶作比较,观察视野内通过直径干涉带的弯曲大小。

　　计算方法:以干涉带弯曲的大小与两条干涉带间的距离的等值乘以K/2,即为平面度偏差(K为光波波长)。

　　当缺少标准平晶时,也可用三面法检定。三块平晶分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,它们在同一直径方向的平面度偏差为x、y、z。而平晶Ⅰ-Ⅱ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ-Ⅲ组合时,测出的干涉带弯曲量为a、b、c,则它们的关系为:

　　上述平晶检定方法被广泛应用。然而,只有当平晶的平面度最大偏差处在直径中点时,式(1)才成立。用标准平晶比较时,先对标准平晶加以修正,也要求平面度最大偏差处在直径中点。

　　一般情况,不能认为平面度最大偏差处在直径之中点。如能用等倾平涉法来测量截面上若干点的平面度偏差,进而用三面法计算,就不必考虑平面度最大偏差所处的状态。为达到此目的,可在平面干涉仪上以等距计算法测量。

　　2　等距计算法原理

　　由物理学可知,透明楔形薄板的两个表面反射发生的光束干涉为等厚干涉。平面平晶干涉条纹形状见图1。当两个表面为理想平面时,干涉条纹为与楔棱平行的直线,且各直线间距相等,见图1(a)。若楔板表面在楔棱方向不平,会引起干涉条纹弯曲,见图1(b)。在楔棱垂直方向的不平度,会引起干涉条纹间距不等,见图1(c)。

　　可根据图1 (c)干涉条纹间距之差来计算楔棱垂直方向的平面度,这叫等距计算法。设自楔棱一方起各干涉条纹在仪器上读数为x0,x1,x2,……,xi,……xn。相邻干涉条纹理想间距为: (xn-x0)/n。

　　第i条干涉条纹的理想位置值为:。

　　第i条干涉条纹实际位置值与理想位置值之差同相邻干涉条纹理想间距之比乘以1/2波长,即为该条纹的不平度值,计算式为:

　　式(2)中,当xi-x0小于i(xn-x0)/n时,不平度值为负,表明平面为凹;反之为凸。

　　3　测量试验

　　为使重力引起的弯曲变形减少到最小程度,在两平晶间采用间隔相等的3个球加以支承,支承器结构见图2。

　　为了能形成所需要的楔形,两个球2等大,球1同球2直径之差需产生的条纹数为n,球1的尺寸是同球2等大的基础上由实验法修正至所需值。两个球2的联线方向即楔棱方向,球1的一方即楔棱所在一方。在测量干涉条纹时,采用双刻线,并与干涉条纹对称居中。

　　在阐述测量方法后,由4个人进行4次测量。对测量结果进行处理, 1级平晶的极限误差应小于±0.01μm。

　　4　结论

　　等距计算法除可用于圆平晶平面度测量外,还可用于平晶、平尺平面度的检定,在圆柱母线直线性干涉法测量中亦有应用价值。