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双光束干涉显微镜
双光束干涉显微镜的原理是将图1的两个平面(MN和MQ)分开,采取一定的方法法使两支光束形成光程差,相互干涉而形成斐索干涉条纹。林尼克首先设计成这类显微镜,因此又称为林尼克干涉显微镜。
图1
图1是林尼克干涉显微镜的示意图,其中P1、P2是两个半立方体的光学棱镜,沿着镀有薄银层的对角面粘合起来。光源S发出的单色光在镀银半反射层被分为两束光;一束光经物镜P1在试样M1上反射,反射光线再透过镀银层进入目镜;另一束光经物镜02在标准平面坛上反射,反射光线再经镀银层反射后进入目镜。这两束光在镀银层相遇发生干涉,因为M1M2并非绝对正交,调节慨,使慨在镀银层中形成虚像M,2从目镜中看,好像两束相干光是从形成空气劈尖的M,MQ反射而来,故产生等厚干涉条纹。显然,调节坛倾角可以改变干涉条纹的间距,当试样表面有凸凹存在时,斐索干涉条纹将在凸凹处发生弯曲。如图2。
图2
林尼克干涉显微镜在精密测量中应用很普遍,由于其结构小型简便,各国生产型号很多。如德国Zeiss林尼克干涉显微镜;苏联MHM-4林尼克干涉显微镜;日本奥林派斯显微干涉仪等。
(二)多光束干涉显微镜
为了得到细而清晰的干涉条纹,发展了多光束干涉显微镜。即使光线在两平行(或近乎平行)的平面问多次反射而产生多光束干涉。以显示磨面上更微小的高度差。
多光束干涉显微装置要求入射光为单色强平行光,且尽可能垂直入射试样表面;干涉平面必须非常均匀地喷镀一层金属薄膜,并且镀层应具有高反射系数及低吸收率;两反射面问的距离愈小愈好,最大不超过入射光波长的几倍。
一般金相显微镜仅需配用单色光,并在试样上装置标准平面玻璃就可以做多光束干涉的金相研究。多光束干涉显微镜的光程如图3,它与一般金相显微镜的构造基本相同。标准平面玻璃靠样品的一面涂有半透明的银(或铝)的薄膜,又称为干涉试片,干涉试片可以是平面的,或不同曲率的。如MeF显微镜备有六个具有不同反射能力及不同曲率半径的试片,使用时要根据观察物的表面曲率及对光的吸收能力进行选择。见表1:有强反射能力的试样(如金属),应选用涂银半透明的试片;当物体为凹入形状时,应选表面为凸起形状的试片,目的是使干涉试片与物体尽可能靠近。
图3
表1 涉试片的选用规范
试 样 |
试 片 |
|
||
材 料 |
表面形状 |
反射器 |
表面形状 |
|
强反射能力 |
(1)凸形,有任意的曲 |
涂银半透明 |
|
∽hr |
(2)平面,或曲率半径 |
凸形,曲率半径为 |
+3.0hr |
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(3)凹形,其曲率半径 |
凸形,曲率半径为 |
+1.5hr |
||
|
(1)凸形,有任意的曲 |
未涂银 |
|
∽ |
(2)平面,或曲率半径 |
凸形,曲率半径为 |
+3.O |
||
(3)凹形,其曲率半径 |
凸形,曲率半径为 |
+1.5 |
多光束干涉也可设计满足多次反射的试样夹具,利用一般金相显微镜作干涉分析,图(4)是可供倒立式金相显微镜使用的试样夹具,试样1粘附在可调节圆盘上,2为光学平面玻璃,其面对试样的一面镀有金属薄膜,借螺丝可调试样与标准平面之间倾角,德国NeophotII型金相显微镜配备有类似的干涉试片,将试样置于上面,可造成干涉劈尖,产生多光束干涉条纹,仪器配有不同倾斜度的平面干涉板,圆球面干涉板以供选用。
图4
应当指出:随着物镜放大倍数的增大,物镜与试样之间无法容纳干涉薄片时,有人采用“薄膜法”,将稀释后的火棉胶或加拿大胶直接涂在试样表面上,在它未干前使样品稍倾斜,待干燥后,即在试样磨面上形成极薄的火棉胶劈尖,再真空喷镀一层金属反射层,这样便形成干涉器。但由于物镜放大倍数的增高,入射光线的平行度降低,影响干涉条纹的锐度,故干涉条纹不如原有的细锐。
图5 CEJ—Multimi汹多光束干涉显微镜的光程