基于單片機改造邁氏干涉儀自動(dòng)測量微小長(cháng)度

摘要：為了能精確地自動(dòng)測量He-Ne激光波長(cháng)和透明薄膜厚度，采用單片機驅動(dòng)步進(jìn)電機帶動(dòng)邁克爾干涉儀的微調手輪轉動(dòng)，使光屏上產(chǎn)生穩定變化的干涉條紋，用光電二極管檢測條紋信號光強變化，通過(guò)光電轉換電路將光信號轉變?yōu)殡娦盘?，輸入?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/單片機">單片機進(jìn)行處理，測量結果自動(dòng)顯示在液晶屏上。在一般實(shí)驗環(huán)境下進(jìn)行了多次實(shí)驗，將實(shí)驗結果與標準值進(jìn)行比較得出，改造后的儀器測量微小長(cháng)度速度快，誤差小，精確度高。
關(guān)鍵詞：單片機；步進(jìn)電機；邁克爾遜干涉儀；微小長(cháng)度測量；薄膜厚度測量

0 引言
薄膜厚度是薄膜性能參數的重要指標，如何準確、快速、方便地測量膜厚在實(shí)驗中具有十分重要的意義。邁克爾遜干涉儀測量激光波長(cháng)是大學(xué)物理實(shí)驗中重要的一部分，實(shí)驗時(shí)實(shí)驗者手動(dòng)調節微調手輪，人眼觀(guān)察干涉條紋，帶來(lái)很多人為誤差，影響測量結果。為了保護實(shí)驗者視力，提高測量精度，擴大測量范圍，同時(shí)促進(jìn)光學(xué)教學(xué)實(shí)驗儀器的發(fā)展，在研究單片機的基礎上，對邁克爾遜干涉儀進(jìn)行了探索和改造。
改造后的邁克爾遜干涉儀在不改變物理學(xué)基本原理的基礎上，增加了電子技術(shù)中的大量元素，使物理學(xué)和電子技術(shù)很好地結合起來(lái)，實(shí)現了對激光波長(cháng)和薄膜厚度的自動(dòng)測量。測量簡(jiǎn)便、精確度高，有一定的實(shí)用性。

1 系統工作原理
基于單片機改造的邁克爾干涉儀進(jìn)行微小長(cháng)度的自動(dòng)測量，測量對象為激光波長(cháng)和薄膜厚度，系統工作原理如圖1所示。

1．1 激光波長(cháng)測量
使用He-Ne激光作光源，利用光的分振幅干涉法。用步進(jìn)電機帶動(dòng)微調手輪轉動(dòng)代替手動(dòng)調節，電機旋轉角度對應光程差為2△d；光屏上得到的“吞”、“吐”條紋，通過(guò)光電轉換電路轉換為脈沖信號，輸入到單片機進(jìn)行計數(條紋數N)，代替了人眼觀(guān)察條紋計數；測量步驟、結果(波長(cháng)λ=2△d／N)及相對誤差通過(guò)液晶屏顯示，從而實(shí)現波長(cháng)自動(dòng)測量。
1．2 薄膜厚度測量
使用白光作光源，利用等厚干涉法。光路原理圖如圖2所示，當白光光程差為零時(shí)發(fā)生干涉現象，將光屏上的彩色條紋通過(guò)光電轉換電路轉換為脈沖信號，同時(shí)記錄M1的初位置d1；放入薄膜后，光程差增大，彩色條紋消失；電機帶動(dòng)M1移動(dòng)到彩紋再現，記錄M1的末位置d2。用阿貝折射儀測出薄膜折射率n，輸入到單片機，根據公式進(jìn)行處理，即可得到薄膜厚度。