缝宽或间隙的衍射测量

 
一、实验目的
a) 了解激光衍射计量原理
b) 利用间隙计量法测量缝宽
二、实验原理
激光衍射计量的基本原理是利用激光下的夫朗和费衍射效应。夫朗和费衍射是一种远场衍射。衍射计量是利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射来完成。当激光照射被测物与参考的标准物之间的间隙时，这相当于单缝的远场衍射。当入射平面波的波长为λ，入射到长度为L，宽度为w的单缝上（L>w>λ），并与观测屏距离时，在观测屏E的视场上将看到十分清晰的衍射条纹。图1是计量原理图，图2是等效衍射图。在观察屏E上由单缝形成的衍射条纹，其光强I的分布由物理光学知道有：

 式中：；θ为衍射角，I0是时的光强，即光轴上的光强度。
上式就是远场衍射光强分布的基本公式，说明衍射光强是随sinβ的平方而衰减。当处将出现强度为零的条纹，即I=0 的暗条纹。测定任一个暗条纹的位置变化就可以知道间隙w的尺寸和尺寸变化。这就是衍射计量的原理。
因为，对暗条纹则有

当θ不大时，从远场条件，有

式中：xn为第n级暗条纹中心距中央零级条纹中心的距离，R为观察屏距单缝平面的距离。
最后写成：
这就是衍射计量的基本公式。为计算方便，设，t为衍射条纹的间隔，则

已知λ，R(R=f)，测定两个暗条纹的间隔t，就可计算出w的尺寸。
当被测物尺寸改变σ时，相当于狭缝尺寸w改变σ，衍射条纹中心位置随之改变，则

式中：w0, w分别为起始缝宽和最后缝宽；x0, x分别为起始时衍射条纹中心位置和变动后衍射条纹中心位置（条纹n不变）。
由一个狭缝边的位置用上式就可以推算另一边的位置，则被测物尺寸或轮廓完全可由被测物和参考物之间的缝隙所形成的衍射条纹位置来确定。
利用激光下形成的清晰衍射条纹就可以进行微米量级的非接触的尺寸测量。
三、实验光路

图3 实验光路图
激光不用扩束，直接照射工作台19上的试件，在探测器上形成远场衍射条纹，即可测量。
四、实验步骤
1． 激光不扩束，光路中插入反射镜4及13
2． 将分光镜14转90º，18上试件夹上放黑纸屏或取消试件夹，让透射光逸至试验平台
3． 切换试件夹19中的衍射试件(可调狭缝，玻璃基狭缝系列)
4． 移动CCD使计算机图像清晰，锁定23
5． 记录狭缝系列对应一级、二级、三级衍射条纹间距
6． 更换不同狭缝，实现定标和计量
五、实验表格

	衍射级数（n）	Xn	W
1
2
3

（其中R=180mm，l=632.8nm）