基于单片机改造迈氏干涉仪自动测量微小长度基于单片机改造迈氏干涉仪自动测量微小长度
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
摘要：为了能精确地
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。
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。
2 系统结构及硬件电路设计
系统结构主要是在原有物理光学仪器——迈克尔干涉仪的基础上增加了电子技术的设计模块，如图3所示。模块包括：单片
机系统、键盘控制单元、电机驱动电路、光电转换电路和液晶显示单元。
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