光电测试技术第4章 激光干涉测试技术.ppt

光电测试技术光电测试技术哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学第四章第四章激光干涉测试技术激光干涉测试技术 2017-1-31 2017-1-31 2 2概述概述??历史进程: 历史进程: ??特点: 特点: ??具有更高的测试灵敏度和准确度; 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; 伤和附加误差; ??较大的量程范围; 较大的量程范围; ??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。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。??分类: 分类: ??另外还可以利用有关干涉图的接收和数据处理技术计算另外还可以利用有关干涉图的接收和数据处理技术计算出点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数等综合光学出点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数等综合光学象质评价指标。象质评价指标。 17 17 世纪后半叶世纪后半叶,玻意耳,玻意耳(Boyle) (Boyle) 和胡克和胡克(Hooke) (Hooke) 独立地观察了两独立地观察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹,人类从此开始注意到了干涉块玻璃板接触时出现的彩色条纹,人类从此开始注意到了干涉现象。现象。 1801 1801 年年托马斯托马斯· ·杨杨(Thomas Young) (Thomas Young) 完成了著名的杨氏双缝实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。验,人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。 1860 1860 年年麦克斯韦麦克斯韦() () 的电磁场理论为干涉技术奠定了的电磁场理论为干涉技术奠定了坚实的理论基础。坚实的理论基础。 1881 1881 年年迈克尔逊迈克尔逊() () 设计了著名的干涉实验来测量设计了著名的干涉实验来测量““以太以太””漂移。漂移。 1960 1960 年年梅曼梅曼(Maiman) (Maiman) 研制成功第一台红宝石激光器,以及微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。入了快速增长时期。 1982 1982 年年 和和 研制成功扫描隧道显微镜, 研制成功扫描隧道显微镜, 1986 1986 年年发明原子力显微镜,从此开始了干涉技术向纳米、亚纳发明原子力显微镜,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。米分辨率和准确度前进的新时代。干涉测试技术按光波分光方式按光波分光方式按相干光束按相干光束传播路径传播路径按用途按用途分振幅式分振幅式分波阵面式分波阵面式共程干涉共程干涉非共程干涉非共程干涉静态干涉静态干涉动态干涉动态干涉 2017-1-31 2017-1-31 3 3§ § 4-1 4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础 干涉原理与干涉条件干涉原理与干涉条件??1 ??光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道,两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: 为: ? cos 2 2121IIIII???L????π2位相差位相差两光束到达两光束到达某点的光程某点的光程差差??满足满足?mL??的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。?)2/1(???mL??满足满足的光程差相同的点形成的暗线叫的光程差相同的点形成的暗线叫暗纹,亮纹和暗纹组成暗纹,亮纹和暗纹组成干涉条纹干涉条纹。。??其中其中 m m是干涉条纹的干涉级次。是干涉条纹的干涉级次。 2017-1-31 2017-1-31 4 4§ § 4-1 4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础 干涉原理与干涉条件干涉原理与干涉条件??2 ??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: 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: ??频率相同频率相同??振动方向相同振动方向相同??恒定的位相差恒定的位相差??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,经光电的频率差,引起干涉场中的干涉