现代光学测试技术PPT课件
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《现代光学》课件第1章
(1.1-28)
29
第1章 现代光学的数学物理基础
可将r0、r1和r的表达式作泰勒展开，取旁轴近似为 (1.1-29)
30
第1章 现代光学的数学物理基础
由于振幅随r的变化比较缓慢，故振幅因子中的r可作 近似： r≈d，于是得到旁轴近似条件下轴外点光源发出的 球面波在(x,y,z1)面上的复振幅分布的表达式为
(1.1-22)
21
第1章 现代光学的数学物理基础
3. 柱面波 均匀无限长同步辐射的线光源发出的光波为柱面波。 柱面波的特征是： 相位间隔为2π的等相面是一组等间距同 轴柱面，光波场中各点的振幅与该点到轴线的距离的平方 根成反比。
22
第1章 现代光学的数学物理基础
图1.1-3 柱面波示意图
23
第1章 现代光学的数学物理基础
复振幅为
令 (1.1-24)
25
第1章 现代光学的数学物理基础
对于给定的观察面，z1为常量，则U0也是与x、y无关 的常量。显然U0不影响该面上复振幅的相对分布。于是该 观察面上的复振幅可简写为
(1.1-25)
26
第1章 现代光学的数学物理基础
2. 球面光波场中任意平面上的复振幅 这里以发散球面波为例讨论。如图1.1-4所示，点光源 Q(x0,y0)在(x0,y0,z0)面内，观察点P(x,y)在(x,y,z1)面内，两平 面间距离为d=z1－z0。Q到P的矢径为r，z0到P的矢径为r0， Q到z1的矢径为r1，这些矢径的长度分别为
由式(1.1-4)与式(1.1-2)，可以给出相应的光学拉格朗 日函数定义：
(1.1-5) 此处，z可假定起着与拉格朗日力学中的时间相同的作用。 与经典力学中的情况类似，我们同样能够引入哈密顿量。 根据经典力学中广义动量p和q的定义:
29
第1章 现代光学的数学物理基础
可将r0、r1和r的表达式作泰勒展开，取旁轴近似为 (1.1-29)
30
第1章 现代光学的数学物理基础
由于振幅随r的变化比较缓慢，故振幅因子中的r可作 近似： r≈d，于是得到旁轴近似条件下轴外点光源发出的 球面波在(x,y,z1)面上的复振幅分布的表达式为
(1.1-22)
21
第1章 现代光学的数学物理基础
3. 柱面波 均匀无限长同步辐射的线光源发出的光波为柱面波。 柱面波的特征是： 相位间隔为2π的等相面是一组等间距同 轴柱面，光波场中各点的振幅与该点到轴线的距离的平方 根成反比。
22
第1章 现代光学的数学物理基础
图1.1-3 柱面波示意图
23
第1章 现代光学的数学物理基础
复振幅为
令 (1.1-24)
25
第1章 现代光学的数学物理基础
对于给定的观察面，z1为常量，则U0也是与x、y无关 的常量。显然U0不影响该面上复振幅的相对分布。于是该 观察面上的复振幅可简写为
(1.1-25)
26
第1章 现代光学的数学物理基础
2. 球面光波场中任意平面上的复振幅 这里以发散球面波为例讨论。如图1.1-4所示，点光源 Q(x0,y0)在(x0,y0,z0)面内，观察点P(x,y)在(x,y,z1)面内，两平 面间距离为d=z1－z0。Q到P的矢径为r，z0到P的矢径为r0， Q到z1的矢径为r1，这些矢径的长度分别为
由式(1.1-4)与式(1.1-2)，可以给出相应的光学拉格朗 日函数定义：
(1.1-5) 此处，z可假定起着与拉格朗日力学中的时间相同的作用。 与经典力学中的情况类似，我们同样能够引入哈密顿量。 根据经典力学中广义动量p和q的定义:
《现代光学系统》PPT课件
精选ppt
21
空间频率的意义：
x
由于光波在k方向上每走一
k
个 行程，位相变化2，
因此，每间隔一个 就出
现一个等 位相面 ， 在 z=z0 平面上一簇垂直于k的平行 dT xx
直线。
y
z0
空间周期：
Tdy y
d x /c ， o d y s /c , o d z s /c os
在 x和 y方向相应的 :u空 d1x 间 cos频 ,vd1 率 y c为 os
若位于高能态的原子远远多于位于低能态的原子，就得到被高度放大 的光。
在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分 布规律。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情 况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。
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3
2、产生激光的先决条件
在热平衡条件下 ，受激吸收能量大于受激发射能量。 要实现受激发射能量大于受激吸收能量，必须使高 能态的原子数目多于低能态的原子数目，即粒子数 反转。首先是原子能级起码要具有三级，即原子能 级系统中要有亚稳态存在，其次运用外界激发方式 实现粒子数反转。
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
Cf expi(kf)expik(x22fy2)
t(x1, y1)expi2(ux1 vy1)dx1dy1
常数因子， 可以忽略
二次因子，在求 强度分布时被自
动消去。
因此，夫琅 的 和 复 费 E ~振 (x衍 y） ,幅 射 为场 刚透过 的 衍 复振 t(1x ,幅 y1)的傅里叶变换，
最基本的要求是：光学性质均匀、光学透明性良 好且性能稳定、量子效率较高、具有亚稳态能 级等。
2021现代光电测试技术完美版PPT
时，不产生干涉现像，可直接进行强度叠加。 图 2-35 星孔最大直径与艾里斑角半径的关系图
响，点光源通过光学系统成像后，在像面以及像面前 ２、使衍射环有足够的亮度对比和足够的衍射细节，对星孔的大小必须有一定的要求，一般星点直径d应不大于星点有效光束孔径所对
应的衍射像的半径R，即 1、平行光管应有足够长的焦距和优良的像质，且其通光孔径应大于待检物镜的入瞳直径。
在圆形光瞳的情况下，理想光学系统焦面内星点像的
光强分布就是圆函数的傅立叶变换的平方，即:
I (r) I0
2J1(
2
)
其中
krD f' rFr
式中，I (r ) / I 0 为相对强度， r 为在像平面上离开星点衍
射像中心的径向距离，J 1 ( ) 为一阶贝塞尔函数。
无像差星点衍射像如图2-32所示，在焦点上，中 心圆斑最亮，外面围绕着一系列亮度迅速减弱的同心 圆环。衍射光斑的中央亮斑集中了全部能量的80%以 上，其中第一亮环的最大强度不到中央亮斑最大强度 的2%。在焦点前后对称的截面上，衍射图形完全相 同，如图2-31所示。
为点扩散函数PSF(u,v),即：
PSF(u,v) F(u,v)
F(u,v)dudv
(2-30)
点扩散函数F(u,v)相同的区域，就是光学系统的
等晕区，即满足空间不变性条件的区域在等晕区内，
式（2-30）表示为： 式中， 为相对强度， 为在像平面上离开星点衍射像中心的径向距离， 为一阶贝塞尔函数。
差和 / 60快速变化的像差。
检验光路如图2-34所示。检验时，使被检验的 系统对无限远星点成像。产生无限远星点的方法是 在平行光管物镜的焦平面上安置一个星孔板，光源 通过聚光镜成像在星孔板上，使星孔得到照明。星 孔经平行光管物镜成像于无穷远处，通过被检验的 光学系统以后，用观察显微镜观察或CCD摄像系统 记录。在检验显微物镜时，被检验物镜可直接对星 孔板成像。需要时，可在显微镜后按上照相装置或 CCD摄像系统进行拍照或记录与处理。
响，点光源通过光学系统成像后，在像面以及像面前 ２、使衍射环有足够的亮度对比和足够的衍射细节，对星孔的大小必须有一定的要求，一般星点直径d应不大于星点有效光束孔径所对
应的衍射像的半径R，即 1、平行光管应有足够长的焦距和优良的像质，且其通光孔径应大于待检物镜的入瞳直径。
在圆形光瞳的情况下，理想光学系统焦面内星点像的
光强分布就是圆函数的傅立叶变换的平方，即:
I (r) I0
2J1(
2
)
其中
krD f' rFr
式中，I (r ) / I 0 为相对强度， r 为在像平面上离开星点衍
射像中心的径向距离，J 1 ( ) 为一阶贝塞尔函数。
无像差星点衍射像如图2-32所示，在焦点上，中 心圆斑最亮，外面围绕着一系列亮度迅速减弱的同心 圆环。衍射光斑的中央亮斑集中了全部能量的80%以 上，其中第一亮环的最大强度不到中央亮斑最大强度 的2%。在焦点前后对称的截面上，衍射图形完全相 同，如图2-31所示。
为点扩散函数PSF(u,v),即：
PSF(u,v) F(u,v)
F(u,v)dudv
(2-30)
点扩散函数F(u,v)相同的区域，就是光学系统的
等晕区，即满足空间不变性条件的区域在等晕区内，
式（2-30）表示为： 式中， 为相对强度， 为在像平面上离开星点衍射像中心的径向距离， 为一阶贝塞尔函数。
差和 / 60快速变化的像差。
检验光路如图2-34所示。检验时，使被检验的 系统对无限远星点成像。产生无限远星点的方法是 在平行光管物镜的焦平面上安置一个星孔板，光源 通过聚光镜成像在星孔板上，使星孔得到照明。星 孔经平行光管物镜成像于无穷远处，通过被检验的 光学系统以后，用观察显微镜观察或CCD摄像系统 记录。在检验显微物镜时，被检验物镜可直接对星 孔板成像。需要时，可在显微镜后按上照相装置或 CCD摄像系统进行拍照或记录与处理。
光学测量的基础知识课件
光线传播速度
光在不同物质中传播速度一般不同，在真空中最快。
光线直线传播的应用
可应用于光学测量、定位、光学仪器等。
光学成像原理
01
02
03
成像原理
基于透镜或反射面的折射 或反射原理，将物体成像 于视网膜或探测器上。
成像公式
1/f = 1/u + 1/v，其中f 为透镜焦距，u为物距，v 为像距。
成像质量
光学测量通常采用非接触式测量方式 ，具有高精度、高分辨率、非破坏性 等优点。
光学测量特点
高精度
实时性
光学测量利用光的干涉、衍射等效应，可 以实现高精度的测量，达到纳米级甚至更 高级别的测量精度。
光学测量可以实现实时在线测量，可以在 生产过程中快速获取测量数据，及时调整 生产工艺，提高产品质量。
非接触性
环境监测
光学测量可以用于环境监测，如空气质量、水质、噪声等 环境参数的测量。
医学诊断
光学测量在医学领域也有广泛应用，如医学影像、光学显 微镜、激光治疗等。
科研领域
光学测量在科研领域也有重要应用，如物理实验、化学分 析、生物研究等。
02
光学测量基本原理
光线传播定律
光线传播方向
光线在均匀介质中沿直线传播，当通过不同介质时，会发生折射 和反射现象。
利用光谱和偏振等光学技术实现对大气污染物的监测，如 二氧化硫、氮氧化物等。
水质监测
利用光学技术实现对水体中的污染物、悬浮物、叶绿素等 物质的监测。
气象观测
利用光学技术实现对云层、风向、风速等气象参数的观测 。
光学测量在安全防范中的应用
光学防盗系统
利用红外、微波等光学技术实现 防盗报警，具有高灵敏度和高分 辨率等优势。
光在不同物质中传播速度一般不同，在真空中最快。
光线直线传播的应用
可应用于光学测量、定位、光学仪器等。
光学成像原理
01
02
03
成像原理
基于透镜或反射面的折射 或反射原理，将物体成像 于视网膜或探测器上。
成像公式
1/f = 1/u + 1/v，其中f 为透镜焦距，u为物距，v 为像距。
成像质量
光学测量通常采用非接触式测量方式 ，具有高精度、高分辨率、非破坏性 等优点。
光学测量特点
高精度
实时性
光学测量利用光的干涉、衍射等效应，可 以实现高精度的测量，达到纳米级甚至更 高级别的测量精度。
光学测量可以实现实时在线测量，可以在 生产过程中快速获取测量数据，及时调整 生产工艺，提高产品质量。
非接触性
环境监测
光学测量可以用于环境监测，如空气质量、水质、噪声等 环境参数的测量。
医学诊断
光学测量在医学领域也有广泛应用，如医学影像、光学显 微镜、激光治疗等。
科研领域
光学测量在科研领域也有重要应用，如物理实验、化学分 析、生物研究等。
02
光学测量基本原理
光线传播定律
光线传播方向
光线在均匀介质中沿直线传播，当通过不同介质时，会发生折射 和反射现象。
利用光谱和偏振等光学技术实现对大气污染物的监测，如 二氧化硫、氮氧化物等。
水质监测
利用光学技术实现对水体中的污染物、悬浮物、叶绿素等 物质的监测。
气象观测
利用光学技术实现对云层、风向、风速等气象参数的观测 。
光学测量在安全防范中的应用
光学防盗系统
利用红外、微波等光学技术实现 防盗报警，具有高灵敏度和高分 辨率等优势。
光学测试技术PPT
球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的 球形表面造成的。球差造成的结果是，一 个点成像后，不再是个亮点，而是一个中 间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像 质量 特点：1在轴上产生(轴上像差） 2旋转对称 像差
子午面与弧矢面
入瞳
轴上点：子午面与弧矢面光线分布一样 轴外点：弧矢光线对称于子午面，子午面内光线光束的对称 性被破坏。
外物点，不同色光的垂直放大率也不相等，这种差异就是倍率色差。
小结
几 何 像 差
单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变
色差：位置色差、倍率色差
几何像差
1 用光线表示的像差—几何像差
1.1 像差种类 1.2 各种像差简介
像差：实际光线产生的像相对于理 想像的偏离
单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸 变 色差：位置色差、倍率色差
球差（spherial aberration）：Definite:the
variation of focus with aperture .
畸变产生原因
畸变由主光线的球差产生，z为轴上点，其近轴像 点位于z’，实际像点位于z”。
色差：同一孔径位置上在光轴上的像差。
B'1 1 2 1 A -U 2 L'2 A'1 A'2 L' 1 2 B'2 Y'2
Y'1
L' 1
B
倍率色差：同一介质对不同的色光有不同的折射率，故对轴
慧差
光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光 线，经光学系统后，在像平面上会形成不 对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈 彗星形，即由中心到边缘拖着一个由细到 粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、 暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差称 为彗差。
现代光学基础ppt课件
第八章 现代光学基础
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
1
主要内容
8. 1 原子发光的机理 8. 2 光与原子相互作用 8. 3 粒子数反转 8. 4 光振荡 8. 5 激光的单色性 8. 6 激光的相干性 8. 7 激光器的种类 8. 8 非线性光学 8. 9 全息照相 8.10 光盘存储技术 8.11 傅里叶光学的几个基本概念 8.12 阿贝成象原理 8.13 阿贝－波特实验和空间滤波
原子在光源作用下，正负电中心拉开，被极化成电偶极子 P er
单位体积内的原子的极化偶极距矢量和 P称电极化强度
极化场发射次极电磁波
二、线性光学
当入射光中的电场强度E远小于原子的内场强时，则光在物质中
感生的电极化强度 P 0 E E
次级辐射与入场光相互替力的结果，决定物质对入射光场的反射， 折射，散射等
f (t T ) f (t)
展成付氏级数
f (t) a0 am cos 2mv0t am sin 2mv0t
n1
V0
1 T
基频
32
由
f
(t)
1 T
exp(i2v0t)
m
T
2 T
f
(t) exp(2mv0t)dt
2
令周期
T
V0
k
(
r k0
0
r 为平面波面上任一点P的位置矢量
E
A ei
(t
k r
)
0
~ ik( xcos y cos z cosr ) E A e0
30
一、原理
8.12
阿贝成像原理
31
二、付里叶变换在光学成象中的应用
现代光学测试技术(苏俊宏,田爱玲,杨利红编著)PPT模板
ONE
03
第二章光具座上的综合检测
第二章光具座上的 综合检测
第一节测量中的对准技术与调焦 技术 第二节光学测试装置的基本部件 及其组合 第三节焦距和顶焦距的测量 参考文献
ONE
04
第三章光学材料测试
第三章光学材料测 试
第一节光学玻璃材料概述 第二节光学玻璃折射率测量 第三节光学玻璃光学均匀性测量 第四节光学玻璃应力双折射测量 参考文献
ONE
05
第四章基本的光干涉测量技术
第四章基本的光干涉测量技术
第一节干涉条纹的分析 判读及波面质量评价
第三节波面错位干涉测 量
第五节波像差及其测量
第二节几种典型的干涉 仪
第四节干涉图分析与波 面拟合
参考文献
ONE
06
第五章光电相位测量技术
第五章光 电相位测 量技术
第一节相位的静态测试技术 第二节相位的动态测试技术 参考文献
ONE
12
第十一章光学系统评价
第十一章 光学系统 评价
0 1
第一节光学系 统成像质量评 价方法概述
0 2
第二节分辨率 测试
0 3
第三节成像质 量评价的星点 检验法
0 4
第四节光学传 递函数
0 5
第五节干涉测 量
0 6
参考文献
感谢聆听
ONE
07
第六章平面元件测试技术
第六章平面元件测 试技术
第一节平面元件基本量测量 第二节平面光学元件面形偏差检测 第三节平面光学元件光学平行度测 量 参考文献
ONE
08
第七章球面元件测试技术
第七章球面元件测 试技术
第一节球面曲率半径测量 第二节球面光学元件面形偏差检 测 参考文献
光学测试技术推选PPT资料
慧差
▪ 光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光 线，经光学系统后，在像平面上会形成不 对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈 彗星形，即由中心到边缘拖着一个由细到 粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、 暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差称 为彗差。
彗差
慧差(coma):
▪ 子午像差： K'T(ya ' yb ')/2yz' ▪ 弧失像差： K'S yS' yZ'
▪ 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的 球形表面造成的。球差造成的结果是，一 个点成像后，不再是个亮点，而是一个中 间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像 质量
▪ 特点：1在轴上产生(轴上像差） 2旋转对称 像差
像散：子午与弧失在焦平面的焦点不同从而失去对称性 色差：同一孔径位置上在光轴上的像差。 像散：子午与弧失在焦平面的焦点不同从而失去对称性
色差：同一孔径位置上在光轴上的像差。
A
-U
B
B'1
1
B'2
1
2
Y'2 Y'1
2 L'2
A'2 L'12 A'1
L'1
倍率色差：同一介质对不同的色光有不同的折射率，故对轴
外物点，不同色光的垂直放大率也不相等，这种差异就是倍率色差。
像散：子午与弧失在焦平面的焦点不同从而失去对称性 球差（spherial aberration）：Definite:the variation of focus with aperture . 倍率色差：同一介质对不同的色光有不同的折射率，故对轴外物点，不同色光的垂直放大率也不相等，这种差异就是倍率色差。 在一个平坦的影象平面上, 影像的清晰度从中央向外发生变化,聚焦形成弧型, 就叫场曲. 光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上会形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈彗星形， 即由中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变 倍率色差：同一介质对不同的色光有不同的折射率，故对轴外物点，不同色光的垂直放大率也不相等，这种差异就是倍率色差。 a枕形畸变 b桶形畸变 畸变由主光线的球差产生，z为轴上点，其近轴像点位于z’，实际像点位于z”。 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变 当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。 色差：同一孔径位置上在光轴上的像差。 光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在像平面上会形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈彗星形， 即由中心到边缘拖着一个由细到粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变 倍率色差：同一介质对不同的色光有不同的折射率，故对轴外物点，不同色光的垂直放大率也不相等，这种差异就是倍率色差。
【推选】现代光电测试技术PPT资料
图 2-34 星点检验光路图 图 2-35 星孔最大直径与艾里斑角半径的关系图
★检验条件与注意事项
1、平行光管应有足够长的焦距和优良的像质，
且其通光孔径应大于待检物镜的入瞳直径。
２、使衍射环有足够的亮度对比和足够的衍射细
节，对星孔的大小必须有一定的要求，一般星点
直径d应不大于星点有效光束孔径所对应的衍射
这些像差产生的原因主要有折射表面不规则、 玻璃不均匀、各个光学部件不共轴、装配不佳以及 设计不完善等。
2).星点检验法
原则上一般是不可能根据点扩散函数的形式来 推算像差的，但是可以根据经验和许多已知像差的 星点图样例子来做一些估算。因此，星点检验是一 种定性或者半定量的检验方法。
星点检验可分成两类：(a)检验像差很小、接近 或低于斯特列尔容限(Strehl Criterion)的像；(b)检 验较大像差的像。第一类以显微物镜和望远物镜的 检验为代表，第二类则以照相物镜的检验为代表。 星点检验是一种迅速可靠而又灵敏度非常高的检验 方法，它能很方便检验出 / 20大小的缓慢变化的像
图 2-32 无像差星点衍射像图
图 2-33 焦点前后不同截面上的星点图
光学系统的像差或缺陷会引起光瞳函数的变化， 从而使对应的星点像产生变形或改变其光能分布。 待检系统的缺陷不同，星点像的变化情况也不同。 故通过将实际星点衍射像与理论星点衍射像进行比 较，可反映出待检系统的缺陷并由此评价像质。
在圆形光瞳的情况下，理想光学系统焦面内星点像的
光强分布就是圆函数的傅立叶变换的平方，即:
I (r) I0
2J1(
)
2
其中
krDr r f' F
式中，I (r ) / I0 为相对强度， r 为在像平面上离开星点衍
最新光学测量技术与应用 课件ppt课件
3 光散斑技术 客观散斑法，散斑干涉法，散斑剪切法，白光散斑法，电子散斑法
4 莫尔技术
莫尔条纹法，莫尔等高线法，拓扑技术
5 光衍射技术 间隙法，反射衍射法，互补法，全场衍射测量
6 光扫描技术 激光扫描，外差扫描，扫描定位，扫描频谱法，无定向扫描，三维扫描
7 光纤与波导技术 功能型与非功能型光纤传感技术，分布式光纤技术，光纤灵巧结构
➢
4.被测对象和观察者：也是测试系统的组成部分，它
们同传感器、信号调理部分以及数据显示与记录部分一起
构成了一个完整的测试系统。
2021/1/23
《光电检测技术》
12
光学系统的基本组成部分
1.光源：在许多光学测量系统中需要选择一定辐射功率、 一定光谱范围和一定发光空间分布的光源，以此发出的光束 作为携带被测信息的物质。
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技术现状（光学测量系统的主要构成）
2021/1/23
《光电检测技术》
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光学测量技术发展趋势（原理上）
➢从主观光学发展成为客观光学，即用光电探测器取代人眼这 个主观探测器，提高了测量精度与效率； ➢用激光光源来取代常规光源，获得方向性极好的实际光线用 于各种光学测量上； ➢从光机结合的模式向光机电算一体化的模式转换，实现测量 与控制的一体化。
2.被测对象与被测量：被测对象主要是指具体要测量的物 体或物质，被测量就是具体要测量的参数。
3.光信号的形成与获得：实际上就是光学传感部分，主要 是利用各种光学效应，如干涉、衍射、偏振、反射、吸收、 折射等，使光束携带上被测对象的特征信息，形成可以测量 的光信号。能否使光束准确地携带上所要测量的信息，是决 定所设计测量系统成败的关键。
放电光源、固体光源和激光光源。
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光学研究方法（光学测试技术）
要求： 1.写一篇综述论文，字数3000字以上； 2.内容：首先对光学测试技术进行综述，然后 结合课内讲述内容，就一个测试内容进行综述， 也可以就一个研究领域进行综述。
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§1 领域与特点
一、研究领域
凡是利用光学原理进行精密测量的技术，
都称为光学测试技术。主要方向有：计量、 测量 、检验与测试一般说计量是泛指对物
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总复习
第一章 光干涉技术
一、泰曼－格林干涉仪的结构和工作原理 泰曼-格林干涉仪的结构如图 1-16 所示：
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行另光M涉的光一经条焦2反准束臂分纹点射单） 则 光 可 处在色， 装 镜 用 ）观点干 上 分 目 把察光涉 被 光 视 干孔源仪 测 后 观 涉处和的试分察条相透一的别或纹遇镜臂光由用拍干L装学照摄M1涉提有元相下1，和供参件机来形被入考（进M成测射反镜行2干试。的分射 头涉的光平析镜 应条光源面。位M纹学发波根于1，元出（据，L干件的平2干 涉条纹的变化，就可判断被测光学元件的质量。在 图的曲1－率1中6心中和所被示测泰透曼镜一的格焦林点干重涉合仪。中如，果球待面测镜透M镜2 没有像差，那么，返回到分束器的反射波将仍是平 面的。然而，如果被测透镜有球差、彗差或像散引 起波阵面的变形，那么就会清楚地看到具有畸变的 一幅干涉条纹图，并且可把干涉条纹拍摄下来进行 分光析学。元若 件把 ，如M梭2换镜成，平光面学镜平，板就等可。以检验许多别的
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支撑基础：
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§2 方法的选择
面对一个计量测试任务，首先碰到的问题是 如何合理而可靠地选择一种好的测试原理。
合理选择光学测试方法的原则是根据五点：1） 测定对象；2）测定范围；3）灵敏度或精度； 4）经济性；5）测试环境。测定对象是指被测 的类型，例如是测量长度，还是测量角度，是 测量速度还是测量位移；是测量温度还是测定 温度变化。不同测定对象，有完全不同的测试 方法。同样，同一测定类型但测定范围不同时， 也有不同的测试方法可供选择。
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（一）斐索共路干涉仪测试
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（二）散射板分束器及散射板干涉仪
1 ．散射板分束器
散射板分束器是一块利用特种工艺制作的弱散射体，会聚的入射光束 经这一散射板以后被一分为二：一部分光束直接透过散射板到达被测表面 的中心区域；另一部分光束经散射板后，被散射到被测表面的全孔径，如 图 1－31 所示。这两支光束均由被测表面反射后复经散射板第二次透射、 散射后产生干涉。
理量的标定、传递与控制；测量是泛指各
种物理量与技术参数的获取方法；检验是
泛指产品质量的评估技术与方法；而测试
则是测量、试验与检验的总称，侧重于方
法与技术的研究，而不是产品质量的标定
方法研究，光学测试技术的主要研究领域
如表 0－1 所示。 2019/10/25
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转 1800。
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2 ．散射板干涉仪 （ 1 ）光路原理
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§ 1 – 3多通道涉仪测试
一、双通道干涉仪 （一）用双通道干涉仪进行像差分离
在泰曼－格林干涉仪中，当被测透镜存在多种像差时，要从干 涉图中对个别像差进行估计是很困难的，若改成双通道排列 来使用，就可以使对称
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二、技术特色
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三、技术现状
光电仪器 光加工设备
图0－1 光学产业发展砚状
现代光学测试技术主要介绍：干涉技术、全息技术、散斑技术、莫尔技术、衍射 技术、光扫描技术、光纤传感技术、激光多普勒技术、激光光谱技术、信息与图 像技术、光学纳米技术等。随着激光器的出现和傅里叶光学的形成，特别是激光 技术与微电子技术、计算机技术的结合，出现了光机电算一体化的现代光学测试 技术。上图为光机电算金字塔结构，塔顶是光学。
散射板分束器上各点的相位不是随机分布的，每一散射点都具有对散 射板中心反转对称的相位分布，即相对于散射板中心的每一对对称散点都 是同相点，但相邻散射点的相对位相呈随机分布。制板时为了使散射板上 的散射点位相具有反转对称的性质，在同一全息干板上要作
二次曝光，并在二次曝光时把全息干板绕轴精确地旋
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三、共路干涉仪测试
在泰曼-格林干涉仪中，由于参考光束和 测量光束沿着彼此分开的光路行进，它们受 到环境的振动和温度的影响不同，如果不采 取适当的隔震和恒温措施，则观察面或接收 面上的干涉条纹是不稳定的，就不可能进行 精确的测量。共路干涉仪可以较好地解决上 述问题。所谓共路干涉仪，就是干涉仪中参 考光束与测量光束经过同一光路，对环境的 振动和温度、气流的变化能产生彼此共模抑 制，一般无需隔震和恒温条件也能获得稳定 的干涉条纹。
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表 0－4， 由测定对象和测定范围来选择的测试方法
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选择测试方法的另一 主要原则是测量灵敏 度和要求的精度。图 0－3 是主要光学测试 方法在尺寸上能达 到的灵敏度（分辨率）。
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§43技术发展方向
随着新世纪的开始，科学技术必然是高新技术的 日新月异和工业生产的精密化、自动化和智能化，这 就对光学测试技术提出新的要求，促使光学测试技术 的近代发展走向如下几个方向： ( l ）亚微米级、纳 米级的高精密光学测量方法首先得到优先发展 ； ( 2 ） 快速发展小型的、微型的非接触式光学传感器; ( 3 ） 半导体激光器（ LD ）及其阵列，光开关，光滤波器， 光电探测阵列等新器件将在过程控制、在线测量与控 制上得到广泛应用；（4）微光学这类微结构系统将 崭露头角;（5）快速、高效的 3 -D （三维）测量技 术将取得突破；（6）发展带存贮功能的全场动态应 变测量仪器；（ 7 ）发展闭环式光学测试技术，实 现光学测量与光学控制的一体化；（8）以微细加工 技术为基础的高精度、小尺寸、低成本的集成光学和 其他微传感器将成为主流方向；（9）发展光学诊断 和光学无损检测技术。
要求： 1.写一篇综述论文，字数3000字以上； 2.内容：首先对光学测试技术进行综述，然后 结合课内讲述内容，就一个测试内容进行综述， 也可以就一个研究领域进行综述。
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§1 领域与特点
一、研究领域
凡是利用光学原理进行精密测量的技术，
都称为光学测试技术。主要方向有：计量、 测量 、检验与测试一般说计量是泛指对物
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总复习
第一章 光干涉技术
一、泰曼－格林干涉仪的结构和工作原理 泰曼-格林干涉仪的结构如图 1-16 所示：
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行另光M涉的光一经条焦2反准束臂分纹点射单） 则 光 可 处在色， 装 镜 用 ）观点干 上 分 目 把察光涉 被 光 视 干孔源仪 测 后 观 涉处和的试分察条相透一的别或纹遇镜臂光由用拍干L装学照摄M1涉提有元相下1，和供参件机来形被入考（进M成测射反镜行2干试。的分射 头涉的光平析镜 应条光源面。位M纹学发波根于1，元出（据，L干件的平2干 涉条纹的变化，就可判断被测光学元件的质量。在 图的曲1－率1中6心中和所被示测泰透曼镜一的格焦林点干重涉合仪。中如，果球待面测镜透M镜2 没有像差，那么，返回到分束器的反射波将仍是平 面的。然而，如果被测透镜有球差、彗差或像散引 起波阵面的变形，那么就会清楚地看到具有畸变的 一幅干涉条纹图，并且可把干涉条纹拍摄下来进行 分光析学。元若 件把 ，如M梭2换镜成，平光面学镜平，板就等可。以检验许多别的
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支撑基础：
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§2 方法的选择
面对一个计量测试任务，首先碰到的问题是 如何合理而可靠地选择一种好的测试原理。
合理选择光学测试方法的原则是根据五点：1） 测定对象；2）测定范围；3）灵敏度或精度； 4）经济性；5）测试环境。测定对象是指被测 的类型，例如是测量长度，还是测量角度，是 测量速度还是测量位移；是测量温度还是测定 温度变化。不同测定对象，有完全不同的测试 方法。同样，同一测定类型但测定范围不同时， 也有不同的测试方法可供选择。
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（一）斐索共路干涉仪测试
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（二）散射板分束器及散射板干涉仪
1 ．散射板分束器
散射板分束器是一块利用特种工艺制作的弱散射体，会聚的入射光束 经这一散射板以后被一分为二：一部分光束直接透过散射板到达被测表面 的中心区域；另一部分光束经散射板后，被散射到被测表面的全孔径，如 图 1－31 所示。这两支光束均由被测表面反射后复经散射板第二次透射、 散射后产生干涉。
理量的标定、传递与控制；测量是泛指各
种物理量与技术参数的获取方法；检验是
泛指产品质量的评估技术与方法；而测试
则是测量、试验与检验的总称，侧重于方
法与技术的研究，而不是产品质量的标定
方法研究，光学测试技术的主要研究领域
如表 0－1 所示。 2019/10/25
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转 1800。
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2 ．散射板干涉仪 （ 1 ）光路原理
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§ 1 – 3多通道涉仪测试
一、双通道干涉仪 （一）用双通道干涉仪进行像差分离
在泰曼－格林干涉仪中，当被测透镜存在多种像差时，要从干 涉图中对个别像差进行估计是很困难的，若改成双通道排列 来使用，就可以使对称
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二、技术特色
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三、技术现状
光电仪器 光加工设备
图0－1 光学产业发展砚状
现代光学测试技术主要介绍：干涉技术、全息技术、散斑技术、莫尔技术、衍射 技术、光扫描技术、光纤传感技术、激光多普勒技术、激光光谱技术、信息与图 像技术、光学纳米技术等。随着激光器的出现和傅里叶光学的形成，特别是激光 技术与微电子技术、计算机技术的结合，出现了光机电算一体化的现代光学测试 技术。上图为光机电算金字塔结构，塔顶是光学。
散射板分束器上各点的相位不是随机分布的，每一散射点都具有对散 射板中心反转对称的相位分布，即相对于散射板中心的每一对对称散点都 是同相点，但相邻散射点的相对位相呈随机分布。制板时为了使散射板上 的散射点位相具有反转对称的性质，在同一全息干板上要作
二次曝光，并在二次曝光时把全息干板绕轴精确地旋
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三、共路干涉仪测试
在泰曼-格林干涉仪中，由于参考光束和 测量光束沿着彼此分开的光路行进，它们受 到环境的振动和温度的影响不同，如果不采 取适当的隔震和恒温措施，则观察面或接收 面上的干涉条纹是不稳定的，就不可能进行 精确的测量。共路干涉仪可以较好地解决上 述问题。所谓共路干涉仪，就是干涉仪中参 考光束与测量光束经过同一光路，对环境的 振动和温度、气流的变化能产生彼此共模抑 制，一般无需隔震和恒温条件也能获得稳定 的干涉条纹。
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表 0－4， 由测定对象和测定范围来选择的测试方法
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选择测试方法的另一 主要原则是测量灵敏 度和要求的精度。图 0－3 是主要光学测试 方法在尺寸上能达 到的灵敏度（分辨率）。
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§43技术发展方向
随着新世纪的开始，科学技术必然是高新技术的 日新月异和工业生产的精密化、自动化和智能化，这 就对光学测试技术提出新的要求，促使光学测试技术 的近代发展走向如下几个方向： ( l ）亚微米级、纳 米级的高精密光学测量方法首先得到优先发展 ； ( 2 ） 快速发展小型的、微型的非接触式光学传感器; ( 3 ） 半导体激光器（ LD ）及其阵列，光开关，光滤波器， 光电探测阵列等新器件将在过程控制、在线测量与控 制上得到广泛应用；（4）微光学这类微结构系统将 崭露头角;（5）快速、高效的 3 -D （三维）测量技 术将取得突破；（6）发展带存贮功能的全场动态应 变测量仪器；（ 7 ）发展闭环式光学测试技术，实 现光学测量与光学控制的一体化；（8）以微细加工 技术为基础的高精度、小尺寸、低成本的集成光学和 其他微传感器将成为主流方向；（9）发展光学诊断 和光学无损检测技术。