狭缝微小宽度的一种光学测量法

   1　测量原理

    如图1,根据衍射理论,透镜可对S₁面上的输入函数实现完全傅里叶变换。

    当输入函数为狭缝时(狭缝宽度为α),

即

相应的光强分布为:

    图2为以ξa/2为横坐标的光强分布,由于ξ→0时,sinc(ξa/2)→1,所以中心点的光强为

    I(0)= C₂a ²=C_²2a²

    上式表明:当输入光强和系统光路固定后,频谱坐标原点附近光强正比于a²。

    令I(0)=Aa²,此式两边取对数得:

    logI(0)=logA+2loga。

    当用感光底片记录光强时,在曝光乳剂特性曲线的线性范围内,黑度

    S=γlogI+i

其中γ为反衬度。因此

   S(0)=γlogI(0)+i=γlogA+2γloga+i=m+nloga

其中m=γlogA+i,n=2γ。可见黑度与缝宽的对数成线性关系。用一组标准的a值,测出对应的S(0)值,可制作一条工作曲线,如图3所示。在保持实验条件不变的情况下,如果测得一样品狭缝的So(0)值,则可利用工作曲线求得该狭缝宽度的对数值loga,从而求得ao。

    2　测量装置

    图4为测量装置简图。He-Ne激光器发出的波长0.6328μm的激光束经过快门后进行扩束准直再入射置于光具座上的狭缝,该狭缝宽度可调,并可直接读出狭缝宽度。透镜与全息记录干版同轴放置在入射光路上。透镜与狭缝和透镜与干版均相距f(f为透镜焦距值)。干版可在垂直方向移动。另外在全息干版前放置一水平取向宽度为2mm的光栏A,使频谱图能透过光栏成象在干版的一个水平窄条上。

    测量开始关闭快门,调节狭缝宽度至4μm,安装全息干版,打开快门进行曝光,再将狭缝宽度改为8μm,并垂直移动干版4mm,进行第二次曝光。按此方式,再分别对16μm,32μm,64μm宽的狭缝记录其频谱图。最后对1个样品狭缝宽度记录其频谱图。曝光完成后经显影,停显,定影处理,再用测微光度计测定各频谱中心极大位置对应的黑度值。

    3　测量结果与讨论

    由表1数据制作的工作曲线如图5所示。测得样品狭缝对应的黑度S(0)=52.8,由工作曲线求得loga=1.33,因此a=21.4μm。

    从实验结果可以看出,黑度与缝宽的对数值较好地成线性关系,表明实验与理论相符。

    由于干版宽度为90mm,每次测量垂直移动4mm,所以扣除4个标准缝宽记录需6mm后,每一块干版可用于测量15个以上样品。在产品质量校验中有潜在应用价值。

     该法测量误差主要来源于用光度测微计测量黑度。因为在曝光记录过程中标准缝宽和样品缝宽的频谱记录条件完全相同。

    参考文献