光电测试技术-第5章 激光干涉测试技术(2／6)概要
激光干涉测量技术
数字处理
A O
C
B
O’
D
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
3）位置跟踪控制系统
误差分析：
激光干涉测量过程中，由于跟踪转镜的转角不参与对测量值的计算，所以只要在 运动过程中能保证干涉仪能进行干涉测量，不丢光，就能完成测量任务。电气系统 的稳态误差不会对测量精度产生影响。
A O
C
B
O’
D
光电池位置偏差对干涉仪测量精度的影响：光电池位置偏差对激光跟踪干涉仪测距精度影响不大，
新建立4个约束方程，可见存在一个冗余方程。
A B
D 3）只要增加动点数，使得冗余的约束方程个数大于或等于系统
未知参数，就可对系统进行标定。
C
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
解决自标定问题 四路激光跟踪干涉测量系统——引入n个动点
1）两点间距离公式，可建立4n个约束方程。 2）同时引入了3n个未知量（每个动点的x、y、z坐标）。 3）系统原有的未知量 共3×(4+1)＝15个
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
三路激光跟踪干涉测量系统
每一路激光跟踪干涉仪实时跟踪目标镜运动，并测量出目标镜到 跟踪转镜中心的相对长度变动量。
•如果动点到基点的初始长度已知，
P
那么动点移动后，其到基点的距离也就可以确定。
A B
•如果三个基点的相对位置关系也已知， 那么空间种运动目标的位置也就唯一确定。
基点1
基点2
基点3
基点4
基点5
L1 (x0 xb1)2 ( y0 yb1)2 (z0 zb1)2
初 始
L2 (x0 xb2 )2 ( y0 yb2 )2 (z0 zb2 )2
光学研究的激光干涉技术
光学研究的激光干涉技术激光干涉技术是光学研究中一种重要的技术手段，它利用激光光束的相干性和干涉现象来实现对光学系统的精确测量和分析。
激光干涉技术在科学研究、工程应用和医学领域等方面都有广泛的应用。
激光干涉技术的原理是基于光的干涉现象。
干涉是指两束或多束光波相互叠加产生的干涉图样。
而激光是一种具有高度相干性的光源，其波长单一、方向性好、光束质量高，因此适合用于干涉实验。
激光干涉技术可以分为两种基本类型：干涉仪和干涉测量。
干涉仪是通过光的干涉现象来观察和分析光学系统的性质和特性。
干涉测量则是利用干涉现象来测量物体的形状、表面粗糙度、折射率等参数。
在干涉仪方面，激光干涉技术可以应用于干涉仪的设计和构建。
例如，通过利用激光干涉技术可以实现高精度的光学元件定位和调整，从而提高干涉仪的性能和稳定性。
此外，激光干涉技术还可以用于干涉仪的校准和校正，确保干涉仪的准确度和可靠性。
在干涉测量方面，激光干涉技术可以应用于各种精密测量中。
例如，激光干涉技术可以用于测量物体的形状和尺寸。
通过将激光光束照射到物体表面，利用干涉现象可以得到物体表面的轮廓和形状信息。
这种方法在工程测量和制造领域有着广泛的应用，可以实现对微小物体的高精度测量。
此外，激光干涉技术还可以用于测量物体的表面粗糙度。
通过将激光光束照射到物体表面，利用干涉现象可以得到物体表面的起伏和粗糙度信息。
这种方法在材料科学和表面工程领域有着重要的应用，可以实现对材料表面质量的评估和分析。
激光干涉技术在医学领域也有着广泛的应用。
例如，激光干涉技术可以用于眼科医学中的角膜测量。
通过将激光光束照射到眼睛的角膜表面，利用干涉现象可以得到角膜的曲率和形状信息。
这种方法在角膜手术和眼镜定制中有着重要的作用，可以实现对眼睛的精确测量和评估。
总之，激光干涉技术是光学研究中一种重要的技术手段，它利用激光光束的相干性和干涉现象来实现对光学系统的精确测量和分析。
激光干涉技术在科学研究、工程应用和医学领域等方面都有广泛的应用。
激光干涉测量技术
式中，λ0为激光光波中心波长
4
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测得干涉条纹的变化次数K之后，即可由上式求得被测 长度L。在实际测量中，采用干涉条纹计数法，测量开始 时使计数器置零，测量结束时计数器的示值即为与被测长 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
18光强接近一致以提高对比度。
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金属膜移相光路图
机械法移相原理图
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(4)分偏振法移相 右图是分 偏振法移相的光路图。输入光 束是与垂直入射面成45◦角的 平面偏振光，由分光器和活动 反射器反射后，信号光束的输 出还是45◦的平面偏振光，因 此，它的垂直和水平分量位相 相同。在参考光路中加入1/4 波片后使参考光变成圆偏振光， 它的垂直和水平分量位相差为 90◦光束会合后用一个渥拉斯 顿棱镜使垂直分量和水平分量 分开，给出两个干涉条纹，它 们的位相差为90◦
• 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
物体一起沿入射光方向平移。由于它的平移，使干涉仪中的 干涉条纹移动； • 光电计数器：其作用是对干涉条纹的移动进行计数； • 显示和记录装置：其作用是显示和记录光电计数器中记下的 干涉条纹移动的个数或与之对应的长度；
1.立方体分光器;2.移动反射镜
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(3)光学倍频布局 为提高干涉仪的灵敏度，可使用光学倍频 (也称光程差放大器)的棱镜系统，如下图所示。角锥棱镜Ml每移 动kλ/2干涉条纹便发生一次明暗交替变化，k为倍频系数，图中k ＝6。利用光学倍频的干涉系统能用简单的脉冲计数做精密测量， 而无需进行条纹细分，这种技术还可使干涉仪结构紧凑，减小 温度、空气及机械干扰的影响。
激光干涉测量
激光干涉测量xxxxxxxxxxxxxxx 摘要：干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。
20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到长足发展。
本文介绍了激光干涉的基本原理。
关键词：激光干涉测量双频激光干涉仪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的量程，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、可以适应恶劣环境、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。
激光的出现在世界计量史上具有重大的意义。
用稳频的氦氖激光器作为光源，由于它的相干长度很大，干涉仪的测量范围可以大大的扩展；而且由于它的光束发散角小，能量集中，因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收，变为电讯号，并由计数器一个不漏的记录下来，从而提高了测量速度和测量精度，比如说我国自行设计与制造的以氦氖激光器作为光源的光电光波比长仪，可以在20分钟之内把1米线纹尺上1001条刻线依次自动鉴定完毕，精度达到±0.2μm，这就是激光干涉仪的成功例证。
一、激光干涉仪的介绍激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量，有单频的和双频的两种。
1、单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。
当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。
使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
2、双频激光干涉仪双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪，，双频激光干涉仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度．直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。
光电测试技术-第5课_激光干涉测试技术(5／6)
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第5章 激光干涉测试技术
§5-5 激光外差干涉测试技术
方解石棱镜及1/4波片的作用是 5.2 激光外差干涉测试技术应用 使测量光束的光路既作发射光 路，又作接收光路。通过o光和 ②激光外差干涉测量微振动 f f f ( f f ) f f e光在方解石中光路的不同，起 0 s 0 D s D 到“光学定向耦合”作用，使 2 1 3 发射与接收的光无损失地通过 f0 方解石棱镜(不考虑光吸收损失)。 1/2波片 f0＋fs 4 5 频率fs信号由声光调制器 的信号源直接输入混频 10 f0±fD 器与拍频信号混频，把 1/4波片 多普勒频移fD解调出来。
I ( x, y, t ) Er cos( )t Et cost φ( x, y)
2
1 2 干涉场中某点（x， 1 y） 2 Er 1 cos 2( )t Et 1 cos 2t φ( x,y) 2 2 处光强以低频Δω随 Er Et cos(时间呈余弦变化 2 )t φ( x,y) Er Et cost-φ( x,y)
φ( x, y) φ( x0 , y0 ) t 2πt /(1/ v)
由控制系统控制扫描探测器对整个干涉场扫描，就可以 测出干涉场各点的位相差。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-5 激光外差干涉测试技术
5.1 激光外差干涉测试技术原理 ②激光外差干涉仪的光源 外差干涉需要双频光源。其频差根据需要选定。 1）塞曼效应He-Ne激光器——可得到1~2MHz的频差
15
第5章 激光干涉测试技术
§5-6 激光移相干涉测试技术
6.1 激光移相干涉测试技术原理 2 n 于是，可得 I ( x, y, li ) sin 2kli
激光干涉测量技术
L3 ( x0 xb3 ) 2 ( y0 yb3 ) 2 ( z0 zb3 ) 2
L4 ( x0 xb 4 )2 ( y0 yb 4 ) 2 ( z0 zb 4 ) 2
激光干涉仪能测试出的量为l11 、 l12 、 l13 、 l14
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
解决挡光自恢复问题 四路激光跟踪干涉测量系统——引入n个动点 系统未知向量
S=[xb1,yb1,zb1， xb2,yb2,zb2， xb3,yb3,zb3， xb4,yb4,zb4， x0,y0,z0]
基点1 基点2 基点3 基点4 基点5
增加第一个动点，设其坐标（ x1,y1,z1 ）
A C
L
那么空间种运动目标的位置也就唯一确定。
0
Δ
1
B
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
三路激光跟踪干涉测量系统
P
•自标定： 三个基点的相互位置关系的确定
（现场测量，三个跟踪干涉测量系统需要重新安装，现场 的标定是个困难，高精度标尺几乎不可能）
A C
动点初始位置长度测量的问题 •挡光的自恢复：
干涉仪的相对测量，测量过程的挡光将中断测量过程。
跟踪转镜
K(s) M(s) R(s) 前放 PID调节 功放 电机 跟踪转镜 T(s)
I/V转换
光电池
光斑偏差
P(s)
A
B O
四象限光电池 四象限探测要求：光斑理想几何圆形
光斑能量分布均匀
C
D
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
3）位置跟踪控制系统
光斑的水平位移
光斑的垂直位移
( A C ) ( B D) A BC D ( A B) (C D) y K A BC D x K
激光干涉测长技术
contents
目录
• 激光干涉测长技术概述 • 激光干涉测长的应用领域 • 激光干涉测长的技术优势与局限性 • 激光干涉测长的实验技术与操作流程 • 激光干涉测长的实际应用案例 • 结论
01 激光干涉测长技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测长技术是一种基于光 的干涉原理的高精度长度测量方 法。
总之，激光干涉测长技术在未来仍将 发挥重要作用，为各领域的长度测量 提供更加准确、高效、可靠的技术支 持。
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精密测量案例
总结词
非接触、高效率
详细描述
在精密测量领域，激光干涉测长技术常用于测量各种运动机构的位移和速度。由于其非接触的测量方 式和高效率的特性，能够实现快速、准确的测量，为运动控制系统的优化提供了有力支持。
科学研究案例
总结词
高灵敏度、高分辨率
详细描述
在科学研究中，激光干涉测长技术常用于测量微观尺度的变化，如生物样品的生长、化 学反应的进程等。由于其具有高灵敏度和高分辨率的特性，能够捕捉到细微的变化，为
输标02入题
该技术基于光的干涉原理，通过测量激光干涉条纹的 数量来获取长度信息，具有非接触、无损、快速、高 精度的优点。
01
03
随着激光技术和数字信号处理技术的不断发展，激光 干涉测长技术的精度和稳定性得到了显著提高，为各
领域的长度测量提供了有力支持。
04
激光干涉测长技术的精度和稳定性主要取决于激光光 源的相干性、光学系统的稳定性和干涉条纹的计数精 度等方面。
03 激光干涉测长的技术优势 与局限性
技术优势
高精度测量
远程测量
激光干涉测长技术具有高精度的测量能力 ，能够实现纳米级甚至更高精度的长度测 量。
第5章 干涉测量技术
第5章干涉测量技术干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。
与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。
随着激光技术的出现及其在干涉测量领域中应用，使干涉测量技术在量程、分辨率、抗干涉能力、测量精度等方面有了显著的进步。
从光学零件的质量控制到光学系统的象质评价，从经典的光学技术到自适应光学工程，现代干涉测量技术的应用领域不断扩展。
另一方面，现代数字图像处理技术、传感器技术和计算机技术使干涉图像判读技术实现了计算机实时自动判读，大大提高了干涉测量的精度和灵敏度。
干涉条纹是干涉场中光程差相同点的轨迹。
根据干涉条纹的形状、方向、疏密以及条纹移动等情况，可获取被测量的有关信息。
按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。
按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。
按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。
分波面是从同一光源等位相面上分两光束产生干涉(如：杨氏双缝干涉)；分振幅是利用分束镜的反射和透射分出两光束产生干涉(等倾干涉和等厚干涉)。
光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。
S*分振幅法pS图5-1普通光源获得相干光的途径泰曼干涉仪分光路斐索干涉仪部分共光路§5.1 干涉测量基础干涉测量是基于光波叠加原理，在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。
当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为：ϕ12 I =I +I +2其中ϕϕϕ21Δ=-▲ 相长干涉（明）,2πϕk ±=∆2121max 2I I I I I I ++==(k= 0,1,2,3…)▲ 相消干涉（暗） ,)12(πϕ+±=∆k 2121min 2I I I I I I -+==(k = 0,1,2,3…)当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。
光学干涉测量技术
光学干涉测量技术——干涉原理及双频激光干涉1、干涉测量技术干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。
干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。
相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。
当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为：122I I I πλ=++式中△是两束光到达某点的光程差。
明暗干涉条纹出现的条件如下。
相长干涉（明）：min 12I I I I ==+， （m λ=）相消干涉（暗）：min 12I I I I ==+-， （12m λ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭） 当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。
通过测量干涉条纹的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。
按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。
按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。
按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。
下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。
光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。
图一 普通光源获得相干光的途径与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。
干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。
在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二）、马赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；随着激光技术的出现及其在干涉测量领域中应用，使干涉测量技术在量程、分辨率、抗干涉能力、测量精度等方面有了显著的进步。
激光干涉测量技术1(共49张PPT)
精度、条纹比照度、稳定性及实用性等因素。下面介绍几种从不同角 (2)激光干预仪常用的分光方法
另一束光用二维位置探测器PSD来接收，PSD的输出信号反响到扫描镜控制系统中，控制扫描镜的转动方向，当目标镜在空间任意位置
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2
➢ 干预仪组成——(一)干预仪光路系统 ➢ (3)激光干预仪常用的反射器
➢ d. “猫眼〞反射器
如右图所示，“猫眼〞反射器由一个透镜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，这个作用于反射镜的 曲率无关。
➢ 干预测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介 质折射率的变化、振动等方面的测量。
➢ 常用的干预仪有迈克尔逊干预仪、马赫-曾德尔干预仪、菲索干预 仪、塞曼-格林干预仪、双频激光干预仪、光纤干预仪、扫描隧道 显微镜〔82年〕，原子力显微镜〔86年〕，从此开始了纳米级干 预测量的时代——诺贝尔奖〔Binning and Rohrer〕
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 激光全息干预测量技术 6 激光散斑干预测量技术 7 激光光纤干预测量技术 8 激光多波长干预测量技术
1
1
➢ 干预测量是以光波干预原理为根底来进行测量的一门技术。 ➢ 干预测量技术大都是非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度。
a. 使用角锥棱镜反射器 b. 整体式布局
c. 光学倍频布局 d. 零初始光程差的结构布局
16
2
➢ 干预仪组成——(一)干预仪光路系统
激光干涉测量技术
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。
光电测试技术-第5章_激光干涉测试技术(2／6)
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素 4）标准参考平板的影响——液体的表面作为参考平面 地球的曲率半径约为6370km，当液面口径为1000mm时，液 面中心才高出约0.1光圈，当口径为250mm时，液面才高出 约0.005光圈。 主要要求：使液体处于静止状态（对测量环境要求严格控制， 还应该选用粘度较大，本身比较均匀和清洁的液体。） 常常用作标准参考平面的液体有液态石蜡、扩散泵油、精密 仪表油和水银等。
2015-11-04 11
第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ③激光斐索平面干涉仪用于测量平行平板平行度 3）测量不确定度 根据间接测量不确定度的传递公式，可知 2 2 2 um u D un
uc ( ) m D n
②影响测试准确度的因素 1）光源大小和空间相干性
2
3
4 6 5
4h
d
f' 2 h
7 M1参考平面 M2被测平面
2）光源的单色性和时间相干性。
激光斐索型平面干涉仪 基本光路图
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素
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§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素 4）标准参考平板的影响。 标准参考平板参考面M1在干涉仪中是作为测量基准用的， 主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。 当标准平板口径大于200mm时，其加工和检验都很困难。 为了保证参考平面面形精度：
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ③激光斐索平面干涉仪用于测量平行平板平行度 1）测量原理 θ h1 设干涉场的口径为D，条纹数 目为m，长度D两端对应的厚 度分别为h1和h2，有
h2
2n(h2 h1 ) m
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
接触测量存在以下问题：
①标准样板与被测表面必须十分清洁；
②清洁工作多拿在手中擦试，由于体温的影响，影响
测试准确度；
③样板有一定重量压在被测表面上，必然会产生一定
的变形，尤其是对大平面零件。
斐索型干涉测量法中由于样板和被测表面间距较大，必 须用单色光源，一般采用激光光源。
平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面都会 反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于激光的相干 性能非常好，这些杂散光叠加到干涉场上会产生寄生条 纹和背景光，影响条纹的对比度。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素
光电测试技术
第5章 激光干涉测试技术
哈尔滨工业大学
§5-2 激光斐索(Fizeau)型 干涉测试技术
第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统的检验中 获得广泛应用。
在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量中，斐索 型干涉测量法与在光学车间广泛应用的牛顿型干涉测量 法（样板法或牛顿型干涉法）相比，属于非接触测量。
0
C C0
CCD相机
③激光斐索型球面干涉仪用于测量曲率半径 测量大曲率半径光路图示
原理：移动距离。通常干涉仪备有一套具有不同曲率半 激光斐索型球面干涉仪光路图 径参考球面的标准半径物镜组。
但当被测球面的曲率半径太大，超出仪器测长机构的量
程时，可采用图示方法
R凸 R标 （R标 R凸）
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为了获得需要的干涉条纹， 必须仔细调整被测球面， 2.2 斐索型球面干涉仪 使被测球面的球心C与C0 ①激光斐索型球面干涉仪基本原理 精确重合。
标准物镜组 标准参考面 C,C0
激光器
O
被测镜
位置Ⅰ
位置Ⅱ C,C0
CCD相机
位置Ⅱ
位置Ⅰ
激光斐索型球面干涉仪光路图
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第5章 激光干涉测试技术
激光器
标准物镜组
§5-2 激光斐索(Fizeau)位置Ⅰ 型干涉测试技术
位置ⅡC,C0 O
标准参考面
被测镜
2.2 斐索型球面干涉仪 位置Ⅰ 位置Ⅱ ②激光斐索型球面干涉仪用于测量球面面形误差 C,C 如果干涉场中得到等间距的直条纹，表明没有面形误差； R标-R凸 R标 若条纹出现椭圆形或局部弯曲，则按前述方法予以判读。 位置Ⅱ 位置Ⅰ
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第5章 激光干涉测试技术
计算例：
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
1
2 3 4
若h＝5mm，λ＝546.1nm，则θ<17‘。 2.1 激光斐索型平面干涉测量 若取 f‘＝ 500mm，则d<5mm。 ①激光斐索型平面干涉仪的基本光路和原理 ②影响测试准确度的因素 1）光源大小和空间相干性
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ③激光斐索平面干涉仪用于测量平行平板平行度 3）测量不确定度 根据间接测量不确定度的传递公式，可知 2 2 2 um u D un
uc ( ) m D n
则平板玻璃的平行度为
h2 h1 m D 2nD
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D
(rad )
测试平板玻璃平行度图示
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ③激光斐索平面干涉仪用于测量平行平板平行度 2）测试范围的讨论 容易想象，当干涉场内的干涉条纹数m<1时，该方法就 不能测量其平行度。例如对直径D＝60mm的被测平板玻 璃，n = 1.5147，λ＝632.8nm，当 0.72" 时就测量不 出来了。 另一方面，当干涉场中的条纹数目太密时，无法或比较 困难分辨条纹，也无法进行测量。假设用人眼来识别条 纹，一般人眼的分辨能力为0.33mm，当n = 1.5147， λ ＝632.8nm时，容易算出 " 2' max 131
由上式可见，在的测量中引起误差的主要因素是：
①宽度D的测量不确定度；
②干涉条纹数m计数的不确定度－影响最大； ③折射率n的测量不确定度。
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激光斐索型平面干涉仪测量平板玻璃平行度的标准不确 定度约为 0.2" 。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau) 注意：型干涉测试技术
3）杂散光的影响。
消除该杂散光的主要措施是：
将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反 射回来的光线不能进入干涉场； 同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂， 也能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响； 整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。
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第5章 激光干涉测试技术
严格控制加工过程； 材料的线膨胀系数较小、残余应力很小； 安装时使之不产生装夹应力； 在高质量平面（如标准参考平面）的面形测量中，可以考虑用液体 的表面作为参考平面。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素 4）标准参考平板的影响——液体的表面作为参考平面 地球的曲率半径约为6370km，当液面口径为1000mm时，液 面中心才高出约0.1光圈，当口径为250mm时，液面才高出 约0.005光圈。 主要要求：使液体处于静止状态（对测量环境要求严格控制， 还应该选用粘度较大，本身比较均匀和清洁的液体。） 常常用作标准参考平面的液体有液态石蜡、扩散泵油、精密 仪表油和水银等。
2
6 5
4h
d
f' 2 h
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2）光源的单色性和时间相干性。
M1参考平面 M2被测平面
激光斐索型平面干涉仪 基本光路图
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素
3）杂散光的影响。