麥克森干涉儀於量測上之應用(一)

  １．平面度之數位化影像處理：

    使用麥克森干涉的量測工作雖然簡單，但要利用干涉條紋來計算待測面之

平面度、平行度及高度卻是一件相當累人的工作。因此在工廠中的一個趨勢

便是使用干涉條紋分析器 ， 由照相機將干涉的條紋攝入電腦中，利用電腦來

作空氣楔間隔及傾斜面之補償，最後可得到平面度或其他所需的數據，並可

以將待測物表面狀況直接利用繪圖機輸出圖形 。

        麥克森干涉之平面度之數位化影像處理優點在於干涉條紋較清晰，

而且影像處理可以 在任意取出分析，使檢驗不受限制 。

  ２．微小距離檢測

在長度量測方面，傳統的麥克森干涉儀有很大的貢獻，我捫很簡單的回顧人類

長度標準的沿革：

    １．以國王的腳一呎 (feet)

    ２．以金屬棒（超合金）為一公尺之實物標準。

    ３．以光的波長為１公尺的若干分之一，亦即以光的波長為一公尺之自然標準。

          由於麥克森干涉儀的出現，使得人類開始以光的波長為長度測量的基準。

    ４．以雷射光的波長為量測標準。由於雷射技術迅速的發展，因此在傳統的麥克森

            干涉儀中，採用雷射作為光源。

      在傳統的麥克森干涉儀中，如果採用的光源是雷射，同調長度即能拉長，

也就是待測光和參考基準光兩通光的光程即使拉長，仍然會有干涉的現象，

此原理即被用來作微小距離檢測之用，因此叫作雷射干涉儀。通常機械位置

檢出器的精度需為機械精度的１０倍，而工具機的控制精度目前巳提高到

０.２ μmm 左石，換句話說，工具機檢出器的精度必須在０.０２μmm 以下，這以非

尋常量測儀器與設備能力所能及了，因此雷射干涉儀目前廣泛被應用在工具機校正工作上。

        至於雷射干涉儀之反射鏡都採用立方角反射鏡   (cube coner) 這是為了

對準各道光束之中心，立方角反射鏡可以將入射的光線以平行於入射角度的

方向將光線反射回去。原理就如同高速公路兩旁的反光交通設施一般，因此

便不須去費心考慮反射鏡片中心是否對準反射鏡片是否傾斜等問題了。雷射

干涉儀所使用的光源為氦氖穩頻雷射，這是為了避免當雷射光源強度及波長

有變化時，將使光干涉的結果產生不良的誤差，因此必須要有穩頻裝置。因

此雷射干涉儀比    Michelson  干涉儀複雜的多，但從  Michelson  干涉儀

的基本原理和調整方法中，吾人仍可進一步利用  Michelson  干 涉儀來作

一些微小距離檢測量測實驗。

       假設麥克森干涉儀二片反射鏡的調整非常精確，二道光束幾乎平行重合，

因此 cos θ =1  ， 也因此明紋移向暗紋之方程式變為 2d=m/  λ ，m 變更１，

 d 必變更  λ /2 。當反射鏡Ｍ接近於反射鏡Ｍ’時，條紋變得很寬，如反射鏡

Ｍ在反射鏡Ｍ’外幾厘米，則條紋呈很密的圓形。如將反射鏡Ｍ慢慢移向反射

鏡Ｍ’，因之ｄ逐漸減小，由方程式知因此圓紋漸縮小而消

滅於中心，當 2d 減小λ，或 d 減小  λ/2，即有一圓紋消失。利用這

個條紋變動量便可去計算反射鏡Ｍ的改變量。

如果考慮自行組裝麥克森干涉儀距離量測的實驗機構，便須注意到推動反射面鏡

的裝置，市面上一般的微動分釐卡大都只提供到 10  μm m 的刻度，少數能夠達

到 1  μm m 的解析度，但是仍然不能提供觀察者能仔細的觀察微小距離移動與

條紋之間的變化。如果想要能夠清楚的數條紋變化量的話，必須設法使微動量減

少到 0.2  μm  左右。最簡短的一個方法，便是在機構中加裝一個槓桿，利用分

釐卡輕微的推動槓桿，而槓桿將此 1  μm m 的移動量。依５比１到６比１的比

例減小至０．２  μm m 左右。

槓桿的作用，除了能夠將位移依比例縮小外，尚有吸震的作用，如果反射面鏡直

接裝上分釐卡裝置，我們將發現條紋很容易會一直動個不停，這是由於分釐卡螺

紋的間隙所造成的，如果加上槓桿及彈簧來吸振，便可消除這方面的困擾。