Page 82 - 优秀学员达人录

上海市青少年科学创新实践工作站

达人 汪皓楠
中国科学院上海光学精密机械研究所物理学实践工作站
上海外国语大学附属外国语学校
科创格言：亦余心之所善兮，虽九死其犹未悔

科学创新需要多门学科的知识储备
探究以光波长为度量尺度精密测量平面玻璃厚度
探究以光波长为度量尺度精密测量平面玻璃厚度 科学创新需要多门学科的知识储备
测量就一定需要用尺子量吗？从小学的直尺，再到初中游标卡 本次工作站的经历带给我许多积极的影响。
尺，再到高中的螺旋测微器，我们的测量工具的精度不断提高，那 首先是动手能力。实验是重中之重，在研究激光测厚的问题时，
么有没可能更精细的测量手段呢？在听完光机所的基础课后，这个 首先需要搭建精密的泰曼 - 格林干涉仪，为了保证光路水平无曲折，
问题便应运而生。 将各个光学原件推入光路时，都要进行水平校准，费时费力。在进
于是我们基于干涉原理搭建记录光路，利用光源的短相干特性， 行实验时，我需要一边调节螺旋测微器的螺旋丝杆，一边观察 CCD
记录干涉条纹前后两次螺旋丝杆的运动量程，通过光程差计算出玻 显示的干涉条纹，这一过程需要耐心与毅力，相干长度短的光源十
璃厚度。具体为，先查阅资料和文献调研，再搭建干涉光路，通过 分难以调节，由于底座螺旋丝杆一小格为，手轻微的抖动会导致干
泰曼 - 格林干涉实验测量出待测玻璃的厚度。 涉条纹一闪而过，很容易将其忽视，每一次的误判或是错过都会使
在具体的实验中，我首先对光源进行扩束和准直，光斑口径能被 我心情烦躁，来来回回一共调整了一个多小时才将光程差调制几乎
探测器接收即可。然后通过一块分束棱镜实现两臂的分光，其中一 为零。调节光学仪器练就了我的动手能力与耐心。
路经过平面镜原路返回，二次通过分束棱镜打到探测器上。另一路 其次是自我学习的能力。我选择本次课题很大一部分原因在于这
的平面镜放置在精密平移台上，原路返回经过分束棱镜反射到探测 是高中光学内容的衍生，然而高中光学仅仅是定量或是现象的描述，
器上，通过螺旋丝杆运动改变两条光路之间的光程差，直到探测器 通过阅读课外书籍，我了解了更多干涉仪的原理，从书中汲取创新
上看到清晰的干涉条纹，此时的两臂等光程。当带有平移台的一条 灵感，学习了基础的理论知识，为后续的实验设计打下了基础。
光路里插入玻璃后，两条光路的光程差因为超过相干长度致使干涉 如今，科学创新需要各个学科的交叉，仅仅精通一门学科是远远
条纹消失。通过平移台的精密运动再次在探测器上看到清晰的干涉 不够的，在确立今后的科研方向前，我们不妨先提前进行通识学习，
条纹为止。 涉猎不同领域的学科。在工作站的学习中，我愈发意识到，物理实
在泰曼 - 格林干涉仪测量玻璃薄片的实验中，我们尽量选取了具 验通常是需要计算机技术的辅助的，物理学的发展也与人类计算技
有一定谱宽的光源，这样容易获取微米级的相干长度。比如 led 光源， 术的发展牢不可分。
其线宽大约在 20nm 左右，假设所用光源的中心波长， 则相干长
度大约在左右（）。可以见得选择单色性差、中心波长短、谱宽长
度大的光源能使激光量具更为精确。但是相干长度短的光源却难以
调节，由于底座螺旋丝杆一小格为，手轻微的抖动会导致干涉条纹
一闪而过，容易将其忽视。所以本次实验的最大难点就在于如何精
密地手动调节至清晰的干涉条纹，以及精准的读数。
本次实验中，一共采集了 8 组数据，通过多次平均法减小偶然
误差。本课题中所选用的玻璃厚度的测量结果为 598，标称厚度为
600，测量误差为 -0.33%。

具备较强的独立思考的能力
具备较强的独立思考的能力
该学生学习了泰曼 - 格林干涉仪测厚的方法与工作原理，并用该方法测量了玻璃薄片的厚度，锻炼了动手能力和细心观察的能力。
该学生能较为优秀地开展研究，从需求出发，发现问题，分析问题，解决问题，并回归应用，掌握相关原理，并开展实验验证，提出了
后续的研究思路，具备较强的独立思考的能力。
总体表现优异，思路清晰，表达流畅，观察仔细。
——指导老师：中国科学院上海光学精密机械研究所研究员 周申蕾

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