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基于单片机改造迈氏干涉仪自动测量微小长度

发布时间:2020-06-30 19:10:45 阅读: 来源:拉链厂家

摘要:为了能精确地自动测量He-Ne激光波长和透明薄膜厚度,采用单片机驱动步进电机带动迈克尔干涉仪的微调手轮转动,使光屏上产生稳定变化的干涉条纹,用光电二极管检测条纹信号光强变化,通过光电转换电路将光信号转变为电信号,输入到单片机进行处理,测量结果自动显示在液晶屏上。在一般实验环境下进行了多次实验,将实验结果与标准值进行比较得出,改造后的仪器测量微小长度速度快,误差小,精确度高。关键词:单片机;步进电机;迈克尔逊干涉仪;微小长度测量;薄膜厚度测量0 引言 薄膜厚度是薄膜性能参数的重要指标,如何准确、快速、方便地测量膜厚在实验中具有十分重要的意义。迈克尔逊干涉仪测量激光波长是大学物理实验中重要的一部分,实验时实验者手动调节微调手轮,人眼观察干涉条纹,带来很多人为误差,影响测量结果。为了保护实验者视力,提高测量精度,扩大测量范围,同时促进光学教学实验仪器的发展,在研究单片机的基础上,对迈克尔逊干涉仪进行了探索和改造。 改造后的迈克尔逊干涉仪在不改变物理学基本原理的基础上,增加了电子技术中的大量元素,使物理学和电子技术很好地结合起来,实现了对激光波长和薄膜厚度的自动测量。测量简便、精确度高,有一定的实用性。1 系统工作原理 基于单片机改造的迈克尔干涉仪进行微小长度的自动测量,测量对象为激光波长和薄膜厚度,系统工作原理如图1所示。

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1.1 激光波长测量 使用He-Ne激光作光源,利用光的分振幅干涉法。用步进电机带动微调手轮转动代替手动调节,电机旋转角度对应光程差为2△d;光屏上得到的“吞”、“吐”条纹,通过光电转换电路转换为脉冲信号,输入到单片机进行计数(条纹数N),代替了人眼观察条纹计数;测量步骤、结果(波长λ=2△d/N)及相对误差通过液晶屏显示,从而实现波长自动测量。1.2 薄膜厚度测量 使用白光作光源,利用等厚干涉法。光路原理图如图2所示,当白光光程差为零时发生干涉现象,将光屏上的彩色条纹通过光电转换电路转换为脉冲信号,同时记录M1的初位置d1;放入薄膜后,光程差增大,彩色条纹消失;电机带动M1移动到彩纹再现,记录M1的末位置d2。用阿贝折射仪测出薄膜折射率n,输入到单片机,根据公式进行处理,即可得到薄膜厚度。

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