OCR Document
Виконав: учень 11 класуЕлістратов Олексій
Науковий керівник:Сипченко Геннадій Вікторович
Саратівська область р.п. Нові Бураси. 2005 рік
Різні покриття у вигляді лакових, полімерних та інших тонких прозорих плівок широко використовуються у сучасних виробництвах. Це може бути захисні, декоративні покриття, різні підкладки тощо. Актуальною є проблема швидкого та точного вимірювання товщини покриттів. Здійснювати вимірювання та контроль товщини таких плівкових покриттів можна різними методами, проте найбільшу чутливість та інформативність має інтерференційний метод вимірювання. З розвитком лазерної техніки традиційні інтерферометричні методи виміру значно розширили свої можливості завдяки унікальним властивостям лазерного випромінювання. Широко застосовується спосіб визначення товщини тонких плівок, що мають дзеркально відбивають поверхні (смуги рівної товщини, смуги рівного нахилу). Якщо ж лакове покриття нанесено на поверхню, що дифузно відображає, то визначення його товщини інтерферометричним методом вимагає особливих умов.
У цьому роботі дано опис приладу, що дозволяє визначити товщину лакових покриттів (тонких плівок), нанесених, зокрема, і шорсткі поверхні.
Розглянемо деякі випадки вимірювання, що часто зустрічаються на практиці. Нехай вимірюється товщина плоскопаралельної пластинки, що має поверхню, що дзеркально відображає. При падінні світлової хвилі на тонку пластинку або плівку відбувається відбиття від обох меж платівки, внаслідок чого виникає дві когерентні світлові хвилі (рис. 1).
 |
Нехай на платівку падає непаралельний пучок монохроматичного випромінювання. В цьому випадку на екрані утворюєтьсясистема світлих і темних смуг, що чергуються (смуги рівного нахилу). Кожна смуга створюється променями світла S і S 1 падають на поверхню пластинки під одним і тим же кутом. Поява смуг рівного нахилу пояснюється інтерференцією світла, відбитого від передньої та задньої межі платівки. Оскільки кожен падаючий на плоскопаралельну пластинку промінь розпадається на пару паралельних променів, інтерференційні лінії рівного нахилу локалізовані в нескінченності. Таку картину зручно спостерігати у фокальній площині лінзи, що збирає. У тих точках фокальної площини, для яких різниця ходу, що купується променями, відбитими від верхньої та нижньої граней пластинки, становить парне число напівхвиль, виникає максимум освітленості. У тих точках фокальної площини, котрим - непарне число напівхвиль, виходить мінімум. Оскільки різниця ходу, що виникає, залежить, в тому числі, і від товщини пластинки, по періоду інтерференційних смуг неважко підрахувати товщину прозорого лакового покриття, нанесеного на дзеркально відбиваючу поверхню.
Якщо паралельний пучок променів висвітлює прозорий шар змінної товщини (рис. 2, 3), то кожен промінь, що впав на пластинку, ділиться на два: промінь 1 виникає за рахунок відбиття від верхньої пластини, а 2 від нижньої поверхні пластинки. Промінь 1 і 2 перетинаються поблизу клину - над ним або під ним, а при нормальному падінні - на верхній поверхні клину. Різниця ходу променів 1 та 2 визначаються товщиною клина. Сукупність точок рівної освітленості розташовується у місцях однакової товщини.
Такі інтерференційні лінії називаються смугами рівної товщини. Вони локалізуються поблизу поверхні та легко спостерігаються неозброєним оком, а також за допомогою лінзи або мікроскопа у збільшеному вигляді. І в цьому випадкуконтроль та вимірювання товщини не викликає труднощів.
 |
 |
Якщо лакове покриття нанесене на шорстку поверхню, то спостереження інтерференційної картини, а значить і визначення товщини плівки за описаною методикою, неможливо, оскільки від задньої межі плівки світло відбивається дифузно.
Нехай тонка пластинка, що має шорстку поверхню, висвітлюється сфокусованим лазерним променем так, що точка шорсткої поверхні знаходиться у фокусі цього променя (рис.4). Виникає в цьому випадку на екрані інтерференційна картина може пояснюватися інтерференцією світла від двох точкових джерел S 1 і S 2 які перетинають продовжень променів, що вийшли і відбитих від пластинки (інтерференція Юнга). Період інтерференційних смуг D залежатиме від величини d – відстані між джерелами S 1 і S 2 , відстані до екрана z та кута падіння.
Розглянемо промені, що лежать поблизу осей пучків (рис.5). У цьому випадку за відстань S 1 S 2 можна прийняти довжину відрізка AB рівну d .
Розрахуємо величину d. На малюнку-кут падіння - кут заломлення, h - товщина плівки. Показник заломлення .