《激光干涉测量技术》PPT课件
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激光干涉测量技术
(4)“猫眼”反射器 如下图(c)所示，它由一个透镜L和一个 凹面反射镜M组成、反射镜放在透镜的主焦点上，从左边来的 入射光束聚焦在反射镜上，反射镜又把光束反射到透镜，并 沿与入射光平行的方向射出(与反射镜的曲率无关)。若反别 镜的曲率中心C’和透镜的中心C重合，那么当透不影响偏振光的传输。在光程不长的情况下也可考 虑用平面反射镜代替凹面反射镜，这样更容易加工和调整。
20
偏振光学与器件
光是横波，电矢量的振动在垂直于传播方 向的平面内 自然光
没有优势方向 自然光的分解
偏振光的获得是光学应用的基础
21
偏振光学与器件
向 传播方
E
·
面对光的传播方向看
面 振 动
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
y
Ey E
Ex
x
E x E cos E y E sin
22
圆偏振光,
椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
y E 0 传播方向 x y
右旋椭圆 偏振光
x
/2
z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
23
起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 从自然光获得偏振光 （1）物质的二向色性， （2）散射， • 偏振片 （3）反射和折射， 光轴 非偏振光 线偏振光 （4）双折射….
偏振片的起偏
10
4．典型的光路布局 在激光干涉仪光路设计中，一般应遵循“共路原则”，即 测量光束与参考光束尽量走同一路径，以避免大气等环境条件 变化对两条光路影响不一致而引起测量误差。同时，根据不同 应用需要，要考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等 因素。下面介绍几种从不同角度考虑的典型光路布局。 (1)使用角锥棱镜反射器 这是一种常用的光路布局，如 下图(a)所示，图中角锥棱镜可使入射光和反射光在空间分离 一定距离，所以，这种光路可避免反射光束返回激光器。激光 器是一个光学谐振腔．若有光束返回激光器将引起激光输出频 率和振幅的不稳定。角锥棱镜还具有抗偏摆和俯仰的件能，可 以消除测量镜偏转带来的误差。图(a)所示光路的缺点是这种 成对使用的角锥棱镜要求配对加工，而且加工精度要求高。故 常采用一个作为可动反射镜。参考光路中用平面反射镜B作固 定反射镜。使用一个角锥棱镜作可动反射器还可采用其他几种 光路。图(b)中，镜Ml和M3上都镀有半反半透膜，M1用作分光 器，参考光束经M1反射后在镜M3与测量光束迭加，产生干涉。 M 11l和M3还能做成一体，如图(c)所示。
激光干涉测量技术(共39张PPT)
2 ➢ 激光干预测长的应用
1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干预比长的方法来检定基准米尺， 即通过激光干预仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的 稳定性，其复现精度可达±5x10-8以上，所以可用激光波长作长度基准。同 时，激光干预仪的输出信号易于实现光电转换，这样就提供了实现动态自动 测量的可能性，从根本上解决了检定基准米尺的精度与效率的问题。
此干预仪的水平位移测量半径为25m,测量倾斜角为 ±45º，目标镜最大移动速度为2m/s，测量分辨力为 0.1µm。
8
2
➢ 激光干预测长的应用
3、激光小角度干预仪
激光小角度干预仪是利用激光干预测位移和三角正弦 原理来测量角度的仪器。左图是激光小角度干预仪测 角原理图。激光器1发出的激光光束经分光镜3分成两 路，一路沿光路a射向测量棱镜2，一路沿光路b射向参 考镜4。当棱镜在位置I时，沿光路a前进的光束经角锥 棱镜反向后，沿光路c射向反射镜5，并沿原路返回至 分光镜，与从b路返回的参考光束会和而产生干预。当 棱镜移动到位置II后，沿光路a前进的光束由于棱镜II 及平面反射镜的作用，使它们仍按原路返回，不产生 光点移动，从而干预图形相对接收元件的位置保持不 变。根据干预测位移原理可以测出角锥棱镜在位置I和 位置II的位移H，假设棱镜转动半径R，便可根据三角 正弦关系求出被测角α。位移为：H=Kλ/4， α=arcsinH/R，式中，R为棱镜转动半径。
12
1 概要
2 激光干预测量长度和位移 3 激光外差干预测量技术 4 激光移相干预测量技术 5 激光散斑干预测量技术 6 激光光纤干预测量技术
7 激光多波长干预测量技术
13
3 ➢ 为什么要用激光外差干预？
一般单频激光干预仪精度较高，但在测量时对环境有较高要求，不允许干预仪两臂 的光强有较大变化，干预条纹光强的变化总要以计数器平均触发电平为中心对等分 布，如图〔a〕所示。
1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干预比长的方法来检定基准米尺， 即通过激光干预仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的 稳定性，其复现精度可达±5x10-8以上，所以可用激光波长作长度基准。同 时，激光干预仪的输出信号易于实现光电转换，这样就提供了实现动态自动 测量的可能性，从根本上解决了检定基准米尺的精度与效率的问题。
此干预仪的水平位移测量半径为25m,测量倾斜角为 ±45º，目标镜最大移动速度为2m/s，测量分辨力为 0.1µm。
8
2
➢ 激光干预测长的应用
3、激光小角度干预仪
激光小角度干预仪是利用激光干预测位移和三角正弦 原理来测量角度的仪器。左图是激光小角度干预仪测 角原理图。激光器1发出的激光光束经分光镜3分成两 路，一路沿光路a射向测量棱镜2，一路沿光路b射向参 考镜4。当棱镜在位置I时，沿光路a前进的光束经角锥 棱镜反向后，沿光路c射向反射镜5，并沿原路返回至 分光镜，与从b路返回的参考光束会和而产生干预。当 棱镜移动到位置II后，沿光路a前进的光束由于棱镜II 及平面反射镜的作用，使它们仍按原路返回，不产生 光点移动，从而干预图形相对接收元件的位置保持不 变。根据干预测位移原理可以测出角锥棱镜在位置I和 位置II的位移H，假设棱镜转动半径R，便可根据三角 正弦关系求出被测角α。位移为：H=Kλ/4， α=arcsinH/R，式中，R为棱镜转动半径。
12
1 概要
2 激光干预测量长度和位移 3 激光外差干预测量技术 4 激光移相干预测量技术 5 激光散斑干预测量技术 6 激光光纤干预测量技术
7 激光多波长干预测量技术
13
3 ➢ 为什么要用激光外差干预？
一般单频激光干预仪精度较高，但在测量时对环境有较高要求，不允许干预仪两臂 的光强有较大变化，干预条纹光强的变化总要以计数器平均触发电平为中心对等分 布，如图〔a〕所示。
02 第二章 激光干涉测量技术(上)
常用移相器种类 （1）机械法移相
通过倾斜参考镜形成等厚干涉条纹
特点
装置简单,但条纹间距易 变,使信号不完全正交， 属于分波阵面移相，容 易受大气扰动引起波阵 面畸变的影响。
（2）阶梯板和翼形板移相
属于分波阵面移相，容易受大气扰动引起波阵面畸变的影响
（3）金属膜移相
原理：利用金属膜表面反射和透射时都产生附加位相差
§2.1 激光干涉测量长度和位移 一、干涉测长的基本原理
当
2
2
(n1l1 n2l2 ) 2k
合成干涉光光强最亮
合成干涉光光强最弱
当
把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标 反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉 条纹将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当 被测对象移动一段距离时，该条纹明暗变化一次，光电探测器 输出信号将变化一个周期，记录信号变化的周期数，便确定了 被测长度 所以激光干涉测量一般是: 1. 相对测量 2. 增量式测量 3. 中间过程不可忽略，要监视整个测量的过程
傅立叶变换光谱仪的优点：能同时接收工作波段
范围内的所有光谱，记录全部光谱时间与一般光谱仪 器记录一个光谱分辨单位的时间相同，在不到1秒时 间内完成全部光谱扫描。信噪比高，波长准确度高， 分辨率高，杂散辐射低，以及光谱范围宽（从紫外、 可见、近红外直到中远红外区）
§2.2 激光外差干涉测量技术
单频激光干涉仪的特点：
干涉光强
I A 2 AB cos B
2
2
光的相位与走过的光程有关：
光程差
2 A cos(t ) B cos(t 0 nl )
ni li n j l j
激光干涉测量技术
当两束或多束相干光波相 遇时，它们会相互叠加， 形成明暗交替的干涉图样。
干涉条纹的形成
分波面干涉
通过分波面干涉，将一束激光分成两束或多束相 干光波，使它们在空间中相遇。
固定பைடு நூலகம்程差
为了形成稳定的干涉条纹，需要保证两束光的光 程差保持恒定。
干涉图样的形成
当两束相干光波相遇时，它们的光程差会导致光 波的相位差，从而形成明暗交替的干涉图样。
激光干涉测量技术
contents
目录
• 激光干涉测量技术概述 • 激光干涉测量技术的基本原理 • 激光干涉测量技术的分类 • 激光干涉测量技术的应用实例 • 激光干涉测量技术的发展趋势与挑战
01 激光干涉测量技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测量技术是一种基于光 的干涉现象进行长度、角度等物 理量测量的高精度测量技术。
相位等参数。
通过将激光束反射到被测物体上， 并观察干涉条纹的变化，可以精
确测量物体的振动情况。
这种技术广泛应用于机械、航空 航天、汽车和能源等领域，用于 监测设备的运行状态和评估结构
的稳定性。
光学元件检测
激光干涉技术可以用于检测光 学元件的质量和性能，如透镜、 反射镜和光栅等。
通过测量干涉条纹的数量和分 布，可以评估光学元件的表面 质量和光学性能。
该技术具有更高的测量精度和更大的 测量范围，适用于大型结构、长距离 和高精度测量。
光学多普勒激光干涉测量技术
光学多普勒激光干涉测量技术是利用多普勒效应和干涉现象 相结合的原理，通过测量激光束在运动物体表面反射后产生 的多普勒频移来测量物体的速度、位移和振动等参数。
该技术具有高精度、高灵敏度和实时性的优点，广泛应用于 流速测量、振动分析、表面形貌测量等领域。
干涉条纹的形成
分波面干涉
通过分波面干涉，将一束激光分成两束或多束相 干光波，使它们在空间中相遇。
固定பைடு நூலகம்程差
为了形成稳定的干涉条纹，需要保证两束光的光 程差保持恒定。
干涉图样的形成
当两束相干光波相遇时，它们的光程差会导致光 波的相位差，从而形成明暗交替的干涉图样。
激光干涉测量技术
contents
目录
• 激光干涉测量技术概述 • 激光干涉测量技术的基本原理 • 激光干涉测量技术的分类 • 激光干涉测量技术的应用实例 • 激光干涉测量技术的发展趋势与挑战
01 激光干涉测量技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测量技术是一种基于光 的干涉现象进行长度、角度等物 理量测量的高精度测量技术。
相位等参数。
通过将激光束反射到被测物体上， 并观察干涉条纹的变化，可以精
确测量物体的振动情况。
这种技术广泛应用于机械、航空 航天、汽车和能源等领域，用于 监测设备的运行状态和评估结构
的稳定性。
光学元件检测
激光干涉技术可以用于检测光 学元件的质量和性能，如透镜、 反射镜和光栅等。
通过测量干涉条纹的数量和分 布，可以评估光学元件的表面 质量和光学性能。
该技术具有更高的测量精度和更大的 测量范围，适用于大型结构、长距离 和高精度测量。
光学多普勒激光干涉测量技术
光学多普勒激光干涉测量技术是利用多普勒效应和干涉现象 相结合的原理，通过测量激光束在运动物体表面反射后产生 的多普勒频移来测量物体的速度、位移和振动等参数。
该技术具有高精度、高灵敏度和实时性的优点，广泛应用于 流速测量、振动分析、表面形貌测量等领域。
第二章 激光干涉测量技术详解
§2.1 激光干涉测量长度和位移 一、干涉测长的基本原理
当
2
2
(n1l1 n2l2 ) 2k
合成干涉光光强最亮
合成干涉光光强最弱
当
(n1l1 n2l2 ) (2k 1)
把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标 反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉 条纹将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当 被测对象移动一段距离时，该条纹明暗变化一次，光电探测器 输出信号将变化一个周期，记录信号变化的周期数，便确定了 被测长度 所以激光干涉测量一般是: 1. 相对测量 2. 增量式测量 3. 中间过程不可忽略，要监视整个测量的过程
常用移相器种类 （1）机械法移相
通过倾斜参考镜形成等厚干涉条纹
（3）光学倍频 缺点： 调整困难，对光学元
件性能要求高，界面多导致光 能损失大，而且使光的偏振态 发生不应有的变化。
(二)干涉条纹计数与测量结果处理系统 1.移相器
干涉条纹计数的要求： 能够判断方向；为提高分辨率，需要对干涉条纹进行细分。
这样需要相位相差90度的两个电信号输出，即一个按光程正 弦变化，一个余弦变化
干涉光强
I A 2 AB cos B
2
2
光的相位与走过的光程有关：
A cos(t ) B cos(t 0 2
光程差
nl )
ni li n j l j
i 1 j 1
N
N
通过测量干涉条纹的变化量，可直接获得l或n，还可直接获 得与l和n有关的各种被测信息
菲涅耳双棱镜干涉装置
梅斯林干涉装置
特点：存在条纹亮度和条纹对比度之间的矛盾，一
工程类第二章激光干涉测量技术上
智能化测量将提高测量精度和效 率，降低人为误差和操作成本。
添加标题
添加标题展趋势包括实时数据处理、 自动校准和自我诊断功能。
激光干涉测量技术将进一步拓展 应用领域，如智能制造、医疗和 航空航天等。
01
激光干涉测量技术的实际应用案例
激光干涉仪在长度测量中的应用
测量原理：基于激光干涉原理，通过测量干涉条纹的数量来确定长度 应用场景：生产线上的长度测量、精密加工中的定位和测量、科学研究中的长度测量等 优势特点：高精度、高稳定性、非接触式测量等 未来发展：随着激光干涉测量技术的不断进步，其在长度测量领域的应用将更加广泛和精确
XX
感谢观看
汇报人：XX
激光干涉仪在振动测量中的应用
激光干涉仪的原理 振动测量中的应用场景 实验结果及分析 未来发展方向
激光干涉仪在光学元件检测中的应用
光学元件检测的必要性 激光干涉仪的工作原理 激光干涉仪在光学元件检测中的应用案例 激光干涉仪在光学元件检测中的优势与局限性
激光干涉仪在表面粗糙度测量中的应用
激光干涉仪的工作原理 表面粗糙度测量的重要性 激光干涉仪在表面粗糙度测量中的应用案例 激光干涉仪在表面粗糙度测量中的优势与局限性
远程测量：激光干涉测量技术可以实现远程测量，无需直接接触被测物体，具有广泛的应用前景。
抗干扰能力强：激光干涉测量技术具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的环境下实现稳定的测量。
缺点
设备成本高昂 对环境条件要求较高 测量精度易受干扰影响 需要专业操作人员和维护
01
激光干涉测量技术的发展趋势
高精度测量
XX
激光干涉测量技术
单击此处添加副标题
汇报人：XX
目录
单击添加目录项标题
《激光干涉测量技术》PPT课件
长度L相对应的条纹数K。可把上式改写为
式中， λ=λ0／n， λ是激光光波在空气中的波长。
激光干涉测长仪的主要结构
• 激光光源：它一般是采用单模的He-Ne(同位素)气体激光器， 输出的是波长为0.6328微米的红光。为提高光源的单色性， 对激光器要采取稳频措施；
• 迈克尔逊干涉仪：由它来产生干涉条纹；（核心部件） • 可移动平台：它携带着迈克尔逊干涉仪的一块反射镜和待测
y
传播方向
E
x
0
/2
右旋椭圆 偏振光
y
x z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
偏振片的起偏 从自然光获得偏振光
• 偏振片
非·偏·振·光
起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 （1）物质的二向色性， （2）散射，
光轴 （3）反射和折射， 线偏振光 （4）双折射….
• 偏振片的起偏
电气石晶片
自然光I´
4．典型的光路布局 在激光干涉仪光路设计中，一般应遵循“共路原则”，即
测量光束与参考光束尽量走同一路径，以避免大气等环境条件 变化对两条光路影响不一致而引起测量误差。同时，根据不同 应用需要，要考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等 因素。下面介绍几种从不同角度考虑的典型光路布局。
(1)使用角锥棱镜反射器 这是一种常用的光路布局，如 下图(a)所示，图中角锥棱镜可使入射光和反射光在空间分离 一定距离，所以，这种光路可避免反射光束返回激光器。激光 器是一个光学谐振腔．若有光束返回激光器将引起激光输出频 率和振幅的不稳定。角锥棱镜还具有抗偏摆和俯仰的件能，可 以消除测量镜偏转带来的误差。图(a)所示光路的缺点是这种 成对使用的角锥棱镜要求配对加工，而且加工精度要求高。故 常采用一个作为可动反射镜。参考光路中用平面反射镜B作固 定反射镜。使用一个角锥棱镜作可动反射器还可采用其他几种 光路。图(b)中，镜Ml和M3上都镀有半反半透膜，M1用作分光器， 参考光束经M1反射后在镜M3与测量光束迭加，产生干涉。Ml和M 3还能做成一体，如图(c)所示。
式中， λ=λ0／n， λ是激光光波在空气中的波长。
激光干涉测长仪的主要结构
• 激光光源：它一般是采用单模的He-Ne(同位素)气体激光器， 输出的是波长为0.6328微米的红光。为提高光源的单色性， 对激光器要采取稳频措施；
• 迈克尔逊干涉仪：由它来产生干涉条纹；（核心部件） • 可移动平台：它携带着迈克尔逊干涉仪的一块反射镜和待测
y
传播方向
E
x
0
/2
右旋椭圆 偏振光
y
x z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
偏振片的起偏 从自然光获得偏振光
• 偏振片
非·偏·振·光
起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 （1）物质的二向色性， （2）散射，
光轴 （3）反射和折射， 线偏振光 （4）双折射….
• 偏振片的起偏
电气石晶片
自然光I´
4．典型的光路布局 在激光干涉仪光路设计中，一般应遵循“共路原则”，即
测量光束与参考光束尽量走同一路径，以避免大气等环境条件 变化对两条光路影响不一致而引起测量误差。同时，根据不同 应用需要，要考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等 因素。下面介绍几种从不同角度考虑的典型光路布局。
(1)使用角锥棱镜反射器 这是一种常用的光路布局，如 下图(a)所示，图中角锥棱镜可使入射光和反射光在空间分离 一定距离，所以，这种光路可避免反射光束返回激光器。激光 器是一个光学谐振腔．若有光束返回激光器将引起激光输出频 率和振幅的不稳定。角锥棱镜还具有抗偏摆和俯仰的件能，可 以消除测量镜偏转带来的误差。图(a)所示光路的缺点是这种 成对使用的角锥棱镜要求配对加工，而且加工精度要求高。故 常采用一个作为可动反射镜。参考光路中用平面反射镜B作固 定反射镜。使用一个角锥棱镜作可动反射器还可采用其他几种 光路。图(b)中，镜Ml和M3上都镀有半反半透膜，M1用作分光器， 参考光束经M1反射后在镜M3与测量光束迭加，产生干涉。Ml和M 3还能做成一体，如图(c)所示。
激光测量技术-第二章 激光干涉测量技术
测控教研室
2006年3月6日星期一
两反
两透
均一透一反
31
§2.1 二、系统的组成
④ 分偏振法移相 特点:
结构较复杂 不受大气影响, 可靠
测控教研室
2006年3月6日星期一
32
§2.1 二、系统的组成
2. 干涉条纹的计数及判向原理
Sin -Sin
移相干 涉系统
干涉 条纹
Sin
PD PD
A A
-A -A
8
§2.1
一、基本原理
讨论: 1. 温场不均匀会有什么影响? 2. G2的作用是什么? 3. L0, Lr不等长会有什么影响?
4.
5. 6.
干涉仪的测量精度能否大于半波 长? 明暗变化的实质是什么? 一干涉测量系统的基本组成由哪 些？
测控教研室
2006年3月6日星期一
9
§2.1
一、基本原理
7. 干涉仪的测量精度的保证 是什么？ 8. 震动会带来什么影响？ 9. E输出光强分布，何为 理想？
n i i n i i i i
1 1 1 1 2 2
n
m
2 (n l n l ) 2k 当 合成干涉光光强最大, 光越亮
1 1 2 2
(n1l1 n 2l2 ) (2k 1) 当 合成干涉光光强最小, 光越暗
2
测控教研室
2006年3月6日星期一
干板记录的信息主要是记录了物光的光强及相位信息测控教研室测控教研室63632006年3月6日星期一24激光全息干涉测量系统经过一定时间的照射完成曝光然后把干板取下经显影定影制成全息底片以上过程称为全息记录测控教研室测控教研室64642006年3月6日星期一24激光全息干涉测量系统2物光波再现全息底片的透射率是txy是记录过程时曝光光强的非线性函数取线性部分则有重新复位全息底片并去掉物体及物体照射光束测控教研室测控教研室65652006年3月6日星期一2物光波再现测控教研室测控教研室66662006年3月6日星期一2物光波再现参考光的透射光束幅制被物光调制方向不变与物光光波相同的透射光波方向不变光强变化mar与2共轭的汇聚光波方向与2共轭光强变化mar测控教研室测控教研室67672006年3月6日星期一2物光波再现测控教研室测控教研室68682006年3月6日星期一3全息干涉条纹的调制度测控教研室测控教研室69692006年3月6日星期一二干涉测量技术全息照相的特点
2006年3月6日星期一
两反
两透
均一透一反
31
§2.1 二、系统的组成
④ 分偏振法移相 特点:
结构较复杂 不受大气影响, 可靠
测控教研室
2006年3月6日星期一
32
§2.1 二、系统的组成
2. 干涉条纹的计数及判向原理
Sin -Sin
移相干 涉系统
干涉 条纹
Sin
PD PD
A A
-A -A
8
§2.1
一、基本原理
讨论: 1. 温场不均匀会有什么影响? 2. G2的作用是什么? 3. L0, Lr不等长会有什么影响?
4.
5. 6.
干涉仪的测量精度能否大于半波 长? 明暗变化的实质是什么? 一干涉测量系统的基本组成由哪 些？
测控教研室
2006年3月6日星期一
9
§2.1
一、基本原理
7. 干涉仪的测量精度的保证 是什么？ 8. 震动会带来什么影响？ 9. E输出光强分布，何为 理想？
n i i n i i i i
1 1 1 1 2 2
n
m
2 (n l n l ) 2k 当 合成干涉光光强最大, 光越亮
1 1 2 2
(n1l1 n 2l2 ) (2k 1) 当 合成干涉光光强最小, 光越暗
2
测控教研室
2006年3月6日星期一
干板记录的信息主要是记录了物光的光强及相位信息测控教研室测控教研室63632006年3月6日星期一24激光全息干涉测量系统经过一定时间的照射完成曝光然后把干板取下经显影定影制成全息底片以上过程称为全息记录测控教研室测控教研室64642006年3月6日星期一24激光全息干涉测量系统2物光波再现全息底片的透射率是txy是记录过程时曝光光强的非线性函数取线性部分则有重新复位全息底片并去掉物体及物体照射光束测控教研室测控教研室65652006年3月6日星期一2物光波再现测控教研室测控教研室66662006年3月6日星期一2物光波再现参考光的透射光束幅制被物光调制方向不变与物光光波相同的透射光波方向不变光强变化mar与2共轭的汇聚光波方向与2共轭光强变化mar测控教研室测控教研室67672006年3月6日星期一2物光波再现测控教研室测控教研室68682006年3月6日星期一3全息干涉条纹的调制度测控教研室测控教研室69692006年3月6日星期一二干涉测量技术全息照相的特点
第一章 激光干涉测量技术
7
参考光束： 平面波
干板上的光强: * I ( x, y) ( E0 Er )( E0 Er* )
A02 Ar 2 A0 Ar e j[ ay o ( x , y )] A0 Ar e j[ ay o ( x , y )]
2 Ar 2 A0 2 Ar A0 cos[ay ( x, y)]
A02 e j ( t 02 )
v1
r1 P 点： E1P A1 cos (t ) 01
A1 cos t k1r1 01
r1 A1 cos t 01 v1
E1P Ae 1
j t k1r 1 01
2
0
(n2 r2 n1r1 ) (01 02 )
2
初位相差 01 02，相干光，常量 A cos t r1 1 01 v1 2 n2 r2 n1r1 0 2
2 j ,
(2 j 1) ,
情况,如温度\压力\内部情况
当严格按照余弦分布， 也称条 纹对比度
11
特点:
只需一次制作全息底片 方便,节省时间,特别适合透明介质的 一些现象 复位精度要求高 使用时间短,条件要求高, 乳胶易收 缩变形,产生附加条纹
2. 二次曝光法
原位曝光/遮光→物体发生变化→再次 曝光→显影/定影→显示观察
应用: 瞬态现象研究, 如冲击波、流体、 燃烧等 特点：不需要高复位精度
(2) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ函数的复数表示:复振幅 尤拉公式： ei cos i sin
ei cos i sin
1 i (e e i ) 2 1 sin (ei e i ) 2i cos
参考光束： 平面波
干板上的光强: * I ( x, y) ( E0 Er )( E0 Er* )
A02 Ar 2 A0 Ar e j[ ay o ( x , y )] A0 Ar e j[ ay o ( x , y )]
2 Ar 2 A0 2 Ar A0 cos[ay ( x, y)]
A02 e j ( t 02 )
v1
r1 P 点： E1P A1 cos (t ) 01
A1 cos t k1r1 01
r1 A1 cos t 01 v1
E1P Ae 1
j t k1r 1 01
2
0
(n2 r2 n1r1 ) (01 02 )
2
初位相差 01 02，相干光，常量 A cos t r1 1 01 v1 2 n2 r2 n1r1 0 2
2 j ,
(2 j 1) ,
情况,如温度\压力\内部情况
当严格按照余弦分布， 也称条 纹对比度
11
特点:
只需一次制作全息底片 方便,节省时间,特别适合透明介质的 一些现象 复位精度要求高 使用时间短,条件要求高, 乳胶易收 缩变形,产生附加条纹
2. 二次曝光法
原位曝光/遮光→物体发生变化→再次 曝光→显影/定影→显示观察
应用: 瞬态现象研究, 如冲击波、流体、 燃烧等 特点：不需要高复位精度
(2) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ函数的复数表示:复振幅 尤拉公式： ei cos i sin
ei cos i sin
1 i (e e i ) 2 1 sin (ei e i ) 2i cos
激光干涉衍射测量65页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
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E2 = B cos( t + 2 )
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2
则合成有：
E = E1 + E2 = A cos( t + 1 ) + B cos( t + 2 )
= A cos( t + 1 ) + B cos( t + 1 )
= A cos( t + 1 ) + B cos( t + 1 ) cos + B sin( t + 1 ) sin
激光测量技术
Laser Measurement Technology
ppt课件
1
第二章 激光干涉测量技术
§2.1 激光干涉测量长度和位移 一、干涉测长的基本原理
激光干涉的条件
1.频率相同 2.相位差初始恒定 3.振动方向相同（非正交） 4.小于波列长度(Δτ≤1/Δυ）
干涉数学表达式：
设两路激光分别为 E1 = A cos( t + 1 )
相干性、偏振态、光强、背景光、各种环境因素 如振动、热变性等
ppt课件
21
四、应用举例
1.激光比长仪
ppt课件
22
2.激光跟踪干涉仪 3.Renishaw新型单频激光干涉仪
ppt课件
23
4. 激光小角度干涉仪
H = k4
= arcsin
H R
H
=
k
8
ppt课件
= arcsin
H R
（1）使用角锥棱镜
双角锥棱镜光路
ppt课件 单角锥棱镜光路
12
两半反半透镜一体化光路
双光程ppt光课件路
13
（2）整体布局
优点:抗干扰好、抗动镜多自由度变化能力、灵敏度高一倍 缺点：不方便、吸收严重
（3）光学倍频
ppt课件
14
（4）零光程差的结构布局
(二)干涉条纹计数与测量结果处理系统
干涉条纹计数的要求：
连续方式运转、在可pp见t课件光和红外光区域有谱线
9
1. 干涉仪常用分束方法 （1）分波阵面法
（2）分振幅法
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10
（3）分偏振法（PBS）
3. 常用反射器 （1）平面反射器 （2）角锥棱镜反射器 （3）直角棱镜反射器 （4）猫眼反射器
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11
4.典型的光路布置 布置原则: 1) 共路原则 消除振动、温度、气流等影响 2 )考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性 等因素 3）避免光返回激光器
i =1
N
n jl j
j =1
通过测量光强的变化的次数,测量某臂的光程变化: 所以激光干涉测量一般是:
1. 相对测量 2. 增量式测量 3. 中间过程不可忽略,要监视整个测量测量的过程
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7
以Michelson干涉仪为例: 开始测量时，两束光的光程差为
1 = 2n(Lm Lc )
测量结束时，两束光的光程差为
2 AB
2
I max + I min A + B 2
ppt课件
4
结论
合成干涉光的光强是两路光的光程差的余弦函数
I A2 + B 2 + 2 AB cos
当 2 (n1l1
N
N
= ni li
i =1
j =1
n2l2 ) = 2k
n jl j
合成干涉光光强最大, 光越亮
2
当 (n1l1 n2l2 ) = (2k + 1) 合成干涉光光强最小, 光越暗
= ( A + B cos ) cos( t + 1 ) + B sin sin( t + 1 )
= A' cos( t + 1 + 2 )
Δφ = φ1 - φ2
A + BcosΔφ Δφ2 = arctan ABsinΔφ
A' = A2 + 2 AB cos + B 2
I A2 + 2 AB cos + B 2
所以L=Kλ/8, 分辨率提高4倍,称 为四倍频计数
如何提高分辨率(细分)? ppt课件
20
三、条纹的对比度
定义: 明暗变化的比值
M = I max
I min =
2 AB
2
I max + I min A + B 2
1.明暗变化的强度越大, PD感测出的信号信噪比越好 2. 当两干涉光的光强相等时, 对比度越好 3.影响干涉条纹对比度的因素:
24
小角度测量仪: 测量范围一般在±1°以内，最大测 量误差± 0.05 ″,采用下图,可达95 °,测量精度 ±0.3″
ppt课件
5
应用
☆光强调制 I∝cosΔ
☆测量臂差 测量明暗变化次数,可测量臂差
☆测量折射率
L均固定, 只有一处折射率变化
☆传感器
通过物理量引起n或者L的变化,测出其变化， 再经过处理，反演出物理量的变化
ppt课件
6
n均固定/已知, 一路光的光程固定, 由下公式可知,即测 量位移和长度
N
= ni li
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16
（2）阶梯板和翼形板移相
属于分波阵面移相，容易受大气扰动引起波阵面畸变的影响
ppt课件
17
（3）金属膜移相 原理：
利用金属膜表面反射和透射时都产生附加位相差 的原理，在分光器的分光面上镀上金属膜做成金 属膜分幅移相器
两反 两透
均一透一反
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优点是两光束受
振动和大气扰动 的影响相同，元 件少，结构紧凑。
2 = 2n(Lm + L Lc ) = 2nL + 1
光程差变化量
d = 2 1 = 2nL
移动距离
L=K 2
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8
二、测量系统组成
1.激光干涉系统 2.条纹计数计数和处理结果的电子机械系统
（一）干涉仪系统
主要包括：光源、分束器、反射器、补偿元器件
1. 激光干涉仪常用光源
He-Ne激光器：激光的功率和频率稳定性高、
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3
光的相位与走过的光程有关：
2 A cos( t + ) = B cos( t + 0 nl )
满足相干条件时有
2 A cos( t + ) = B cos( t + 0 nl )
I A 2+ B 2+ 2 AB cos 2(n1l1 n2l2 )
条纹可见度
M = I max
I min =
缺点是两相干光
束的光强不 同，影响条纹对 比度
18
（4）分偏振法移相
特点:
结构较复杂 不受大气影响, 可靠
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19
2.干涉条纹的计数及判向原理
当1 3 2 4 定义为正向
当存在反向时1 后边出现的应该是?
所以只须判断第二和第四信号的 脉冲次序即可
由于相差为90度, 一个计数对应的 是0.25个波长
能够判断方向， 避免反向、大气、环境振动以及导轨的误
差影响，能够细分， 提高分辨率
这样需要相位相差90度的两个电信号输出，
即一个按光程正弦变化，一个余弦变化
ppt课件
15
常用移相器种类 （1）机械法移相
形成等厚干涉
特点 简单
条纹间距易变,使 信号不完全正交 属于分波阵面移 相，容易受大气扰 动引起波阵面畸变 的影响。