光电测试技术-第4章 激光干涉测试技术-.ppt

光电测试技术-第4章 激光干涉测试技术-051114光电测试技术
哈尔滨工业大学
第四章激光干涉测试技术
1/26/2018
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概述
由于科学技术的进步,干涉测量技术已经得到相当广泛的应用。一方面因为微电子、微机械、微光学和现代工业提出了愈来愈高的精度和更大量程的要求,其它方法难以胜任;另一方面因为当代干涉测量技术本身具有灵敏度高、量程大、可以适合恶劣环境、光波和米定义联系而容易溯源等特点,因而在现代工业中应用非常广泛。
目前已经有许多著名厂家的成熟的干涉仪产品,覆盖了相当大的应用范围。但是,干涉仪毕竟不是简单的工具,仍有许多新的应用领域有待开发和研究。因此,需要更加深入的学****br/>1/26/2018
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概述
现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。激光、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发展起着重要的作用。
历史进程:
17世纪后半叶,玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹(后被称作牛顿环),人类从此开始注意到了干涉现象。
1690年,惠更斯出版《论光》,提出“波动”说。
1704年,牛顿出版《光学》,提出了“微粒”说。
1801年,托马斯·杨(Thomas Young)完成了著名的杨氏双缝实验,人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。
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概述
历史进程:
1818年,阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干涉,导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。
1860年,麦克斯韦()的电磁场理论为干涉技术奠定了坚实的理论基础。
1881年,迈克尔逊()设计了著名的干涉实验来测量“以太”漂移,导致“以太”说的破灭和相对论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米原器作比对,导致后来用光波长定义“米”。
1900年,普朗克(Max Planck)提出辐射的量子理论,成为近代物理学的起点。
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概述
历史进程:
1905年,爱因斯坦(Albert Einstein)提出相对论原理。
1924年,Louis de Broglie推导出de Broglie波方程,认为所有的运动粒子都具有相应的波长,为隧道显微镜、原子力显微镜的诞生做了理论准备。
1960年,梅曼(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器,以及微电子技术和计算机技术的飞速发展,使光学干涉技术的发展进入了快速增长时期。
1982年,,1986年发明原子力显微镜,从此开始了干涉技术向纳米、亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。
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概述
特点:
具有更高的测试灵敏度和准确度;
绝大部分的干涉测试都是非接触式的,不会对被测件带来表面损伤和附加误差;
较大的量程范围;
抗干扰能力强;
操作方便;
在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广泛应用。
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概述
分类:
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§4-1 激光干涉测试技术基础
干涉原理与干涉条件

光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道,两束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布为:
位相差
两光束到达某点的光程差
满足
的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。
满足的光程差相同的点形成的暗线叫暗纹,亮纹和暗纹组成干涉条纹。
其中m是干涉条纹的干涉级次。
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§4-1 激光干涉测试技术基础
干涉原理与干涉条件

通常能够产生干涉的两列光波必须满足三个基本相干条件:
频率相同
振动方向相同
恒定的位相差
在实际应用中,有时需要有意识地破坏上述条件。比如在外差干涉测量技术中,在两束相干光波中引入一个小的频率差,引起干涉场中的干涉条纹不断扫描,经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号,由电路和计算机检出干涉场的位相差。
静态稳定干涉场的条件
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§4-1 激光干涉测试技术基础
影响干涉条纹对比度的因素
干涉条纹对比度可定义为
式中,Imax、Imin 分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值,也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。
当 Imin = 0时K=1,对比度有最大值;而当 Imax= Imin时K=0,条纹消失。在实际应用中,对比度一般都小于1。
对目视干涉仪可以认为:当K>,对比度就算是好的;而当K>,可以算是满意的;当K=,条纹尚可辨认,但是已经相当困难的了。
对动态干涉测试系统,对条纹对比度的要求就比较低。
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