Теоретическое обоснование

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

ИЗУЧЕНИЕ ЧИСТОТЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА ЛИННИКА

Цель работы: ознакомить студентов с устройством и принципом действия микроинтерферометра Линника и научить определять чистоту обработки поверхности образцов.

Приборы и принадлежности: микроинтерферометр Линника, исследуемые образцы.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Интерферометры – приборы, в которых явление интерференции света используется для точных измерений показателей преломления прозрачных сред, малых углов, малых удлинений, а также длин волн спектральных линий.

В зависимости от принципа действия они подразделяются на двухлучевые, в которых интерференционная картина образуется за счет интерференции двух когерентных волн и многолучевые, в которых в образовании интерференционной картины участвуют много лучей. К двухлучевым интерферометрам относятся интерферометры Жамена, Релея, Майкельсона, Линника. К многолучевым – интерферометр Фабри-Перо, пластинка Люмера-Герке.

Рис. 9.1.

Микроинтерферометр Линника, используемый в данной работе, представляет собой малый интерферометр Майкельсона, надевающийся на обычный микроскоп. Этот прибор позволяет наблюдать и измерять мельчайшие неровности поверхности и служит для исследования их чистоты обработки.

Схема интерферометра Майкельсона приведена на рис. 9.1. Пучок света от источника S падает на полупрозрачную пластинку П, достигает зеркала 3_I, отражается от него, вновь входит в пластинку П, отражается от полупрозрачного слоя и выходит из неё по направлению зрительной трубы I. Вторая часть светового пучка, отразившись от полупрозрачного слоя пластинки П, попадает на зеркало З₂, отряжается от него, проходит пластинку П и идет по направлении к зрительной трубе Т. Встречаясь, оба луча интерферируют между собой и дают в фокальной плоскости зрительной трубы интерференционную картину. Так как первый луч проходит пластинку П трижды, а второй луч только один раз, то на пути второго луча ставится компенсатор К. Компенсатор представляет собой плоскопараллельную пластинку такой же толщины, как и пластинка П, но без напыления. Он служит для компенсации дополнительно оптической разности хода волн, возникающей при прохождении лучей через пластинку П.

В микроинтерферометре Линника одно из зеркал заменено полированной поверхностью образца, чистоту обработки которого определяют.

Если на поверхности полированной детали имеется впадина, глубина которой равна h, то между лучами, отраженными от поверхности детали и от дна впадины, возникает оптическая разность хода волн

(9.1)

где n_b – показатель преломления среды, в которой находится деталь (для воздуха n_b =1).

Эта оптическая разность хода волн приведет к искривлению интерференционной картины и её смещению на m полос (рис. 10.2). При этом оптическая разность хода волн составит величину

(9.2)

Если обозначить расстояние между интерференционными полосами через b, а глубину провала интерференционной полосы через а, то

m = (9.3)

приравняв соотношения (9.1) и (9.2) и учитывая (9.3), для h получим выражение

(9.4)

Рис. 9.2.

Для измерения величин a и b нить перекрестия окулярного измерительного микроскопа подводят к середине верхней интерференционной полосы и снимают по шкале барабана отсчет N₁ (рис. 9.3). Затем нить перекрестия подводят к середине соседней нижележащей полосы и снимают отсчет N₂. Разность N₂–N₁=b. Если между отсчетами N₁ и N₂ расположено n полос, то

(9.5)

Рис. 9.3.

Для измерения изгиба а совмещают нить перекрестия с серединой полосы и по шкале окулярного микрометра снимают отсчет N₃. Затем нить перекрестия совмещают с серединой той же полосы в месте изгиба, получают отсчет N₄. Разность

N₄ – N₃ = а. (9.6)

Величина изгиба в долях интервала выражается формулой

(9.7)

Подставляя (10.5) и (10.6) в (10.4), для h получим

. (9.8)

Если измерения производятся не в монохроматическом, а в белом свете, то искривление в одну интерференционную полосу соответствует неровности на испытуемой поверхности, равной 0,27 мкм. Тогда h определяют по формуле

. (9.9)

Дата добавления: 2015-07-20