近代光学测试技术- 动态干涉测试技术

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2016-10-28 动态干涉测试技术

I1 I2 解调波面：
I3
I4
以一种较为实用的随机移相算法Kong-Wang迭代法为基础
振动补偿算法(Vibration Compensation)
相位误差图
对干涉图上所有的有效点，以其估计相位φ'(x)为横坐标，其光强I(x)为纵坐标，建立曲线（多值函数）。如果φ′中不含振动误差，则曲线为理想正弦曲线，反之则为畸变的正弦曲线。
震动较小时的波面图
震动严重时的波面图
隔震平台－最常用的方法
CXM100移相式干涉仪南京理工大学制造
5
2016.11.02
大型光学平台
一体化的干涉仪
白光干涉显微镜
立式激光干涉仪
干涉仪的简单防震措施
Optical Shop Testing， 3rd Ed. P77 被测波前旋转180°，所有反对称项抵消，包括震动引入的倾斜、偏转。对称项保留
I i I d I a cos i
移相干涉术
I0 = a+ bcos() = a+ bcos I1 = a+ bcos( +/2) = a - bsin I2 = a+ bcos( +) = a - bcos I3 = a+ bcos( +3/2) = a+ bsin
P
HWP
Test Mirror
偏振干涉仪
Controller & Driver
Point Phase Sensor
EO 光程差
11
2016.11.02
AVቤተ መጻሕፍቲ ባይዱS干涉仪
AVCS-Active Vibration Compensated Stabilized

光学实验中的干涉与衍射技术详解

光学实验中的干涉与衍射技术详解光学实验是物理学中重要的一部分，干涉与衍射技术作为其中的重要内容，在科研和实践中发挥着重要作用。

本文将详解光学实验中的干涉与衍射技术，旨在帮助读者深入理解其原理与应用。

干涉是光学实验中常见的现象，它是指两个或多个光波在空间中相遇所产生的波动现象。

干涉现象的产生源于光波的性质，当两束光波相遇时，它们会叠加形成新的波动模式。

干涉实验常用的装置有杨氏双缝装置和麦克斯韦干涉仪等。

在干涉实验中，干涉条纹是观察干涉现象的主要依据。

干涉条纹的形成是由光波的相位差决定的。

相位差是指波的起始位置的相对差异，它可以通过光程差来表示。

光程差是指从光源到观察点所经过的光路的长度差，它直接影响到干涉条纹的明暗程度和位置。

当两束光的相位差为奇数倍的半波长时，它们将相互抵消，产生暗条纹；当相位差为偶数倍的半波长时，它们将相互加强，产生亮条纹。

干涉实验还可以用来测量波长和光度等物理量。

例如，在杨氏双缝实验中，根据光程差和光波频率的关系，可以通过测量干涉条纹的间距来计算出光波的波长。

这种基于干涉的测量方法在科研和工程中有着广泛的应用，如测量微小位移、材料的折射率和厚度等。

衍射现象是光学实验中另一重要的现象，它是指光波遇到障碍物或孔径时发生的波动现象。

衍射现象的产生源于光波的波动性质，当光波通过一个孔径或物体边缘时，它将弯曲并向周围辐射。

常见的衍射实验装置有菲涅耳双圆孔干涉仪和多缝衍射实验装置。

衍射实验中，衍射图样是研究衍射现象的重要依据。

衍射图样的形状和大小与孔径或物体边缘的形状和大小有关。

例如，在菲涅耳双圆孔干涉仪中，当光波通过两个小圆孔时，会出现一系列明暗相间的衍射环。

这些衍射环的直径和亮度分布可以用来研究孔径的大小和光波的衍射特性。

衍射实验在科研和应用中有着广泛的用途。

其中，衍射成像是衍射技术的重要应用之一。

由于衍射的波动性质，当光波通过一个孔径时，它会弯曲和辐射，从而形成衍射图样。

这种衍射图样可以用来实现不同的成像效果，如狭缝成像、衍射光栅成像和霍洛图等。

光干涉检测技术

光干涉检测技术
光干涉检测技术是一种基于光的干涉原理进行测量和分析的技术，它可以用来测量物体的表面形貌、折射率、厚度、介电常数等参数。

光干涉检测技术具有高精度、高灵敏度、非接触等特点，因此在科学研究、工业生产和医疗诊断等领域得到了广泛应用。

光干涉检测技术的基本原理是，当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，它们的光程差会引起光强的变化，产生干涉现象。

干涉现象表现为光强的加强或减弱，取决于光程差是偶数倍还是奇数倍。

通过测量干涉条纹的移动和光强变化，可以计算出物体的形貌、折射率、厚度等参数。

在实际应用中，常见的光干涉检测技术包括干涉显微镜、干涉仪、激光干涉仪等。

这些技术可以用于测量表面粗糙度、晶格常数、薄膜厚度等参数，也可以用于研究光学现象和物理现象。

总之，光干涉检测技术是一种高精度、高灵敏度的光学测量技术，具有广泛的应用前景。

随着光学技术和计算机技术的不断发展，光干涉检测技术将会得到更广泛的应用和推广。

光学干涉：利用光波的干涉现象进行测量

光学干涉：利用光波的干涉现象进行测量光学干涉是一种利用光波的干涉现象进行测量的方法。

在这种方法中，通过观察光波的干涉条纹模式，可以得到待测物体的某些性质的信息。

在本文中，我将详细介绍光学干涉的原理、实验的准备和过程，以及该方法在科学研究和应用中的专业性角度。

光学干涉的原理可以通过两个关键定律来解释：菲涅尔原理和互补原理。

总结而言，这两个原理都指出光波在不同路径上的干涉会产生明暗相间的干涉条纹。

首先是菲涅尔原理，该原理说明了光波通过一个缝隙或其他纤细的区域时会发生衍射。

当光波通过两个或多个阵列的缝隙时，光波会在不同的路径上发生衍射，并在某些地方产生干涉、增强或减弱。

这样的干涉模式，即干涉条纹，可以通过观察和测量来获取物体的相关信息。

接下来是互补原理，该原理说明了两个不同光源的光波相互干涉时会产生明暗相间的条纹。

这种干涉是由于两个光源的波长不同，当它们在空间中重叠时，会发生相位差，从而形成干涉现象。

通过观察和测量这些干涉条纹，可以研究和测量光源的性质以及中间介质的光学特性。

在进行光学干涉实验之前，我们首先需要做一些准备工作。

这包括选择适当的光源、准备干涉装置、调整和校准实验装置等。

光源的选择是非常关键的，常见的光源有激光器和白光源。

对于一些特殊的应用，我们可以使用光谱辐射源来观察物体的光谱特性。

在实验中，光源经过干涉装置（如双缝装置或分束器）后，会形成干涉条纹。

观察和记录这些条纹的模式是实验的重要步骤。

对条纹模式的研究可以揭示出物体的尺寸、形状以及光学特性等方面的信息。

在实验中经常使用的一种方法是扫描干涉仪。

该仪器通过改变光路差来观察干涉条纹的变化。

通过记录不同条件下的条纹模式，可以计算出待测物体的相关参数。

例如，根据干涉条纹的宽度和间距，可以计算出物体的厚度和折射率，从而实现测量和分析物体的物理特性。

光学干涉在科学研究和应用领域具有广泛的应用。

在材料科学中，通过干涉条纹的形态和变化，可以研究材料的表面形态、薄膜的厚度以及材料的变形等信息。

第4章光学干涉测量技术

武汉大学电子信息学院
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§4.1 干涉测量基础
（二）干涉条纹的处理方法 1、数字波面的获取干涉仪检测光学元件面形，对获得的干涉图进行数字化转换，并由计算机替代人眼进行判读，即为数字干涉法。在对模拟干涉图像进行数字化转换后，需要提取干涉图上的条纹信息，即确定干涉条纹的中心点坐标及干涉级次。一般处理过程需要如下几个步骤： (1)背景滤除：对原始图像进行预处理； (2)二值化：使干涉图变为二值化图像； (3)细化：保留条纹中心曲线，从而提取出条纹上点的坐标； (4)修像：去除细化图像中的干扰信息，修改间断点； (5)标记：对干涉条纹进行跟踪、标记不同条纹的干涉级次； (6)采样：用等间距采样现贯穿干涉图像区间，均匀设置采样点。采样结束后即完成了对数字化干涉图像的图像处理过程，获得了离散的、采样点基本均布的波面数据集合（x,y,p）。在经过后续的波面拟合计算等可以得到波面数字分布。
光学测试技术
第四章光学干涉测量技术
2013年5月26日
干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作为测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7；用干涉法可测量光学元件特征参数，用球面干涉仪测量球面曲率半径精度达1μm，测量球面面形精度为1/100λ；用干涉法测量平面面形精度为1/1000λ；用干涉法测量角度时测量精度可达 0.05″以上；在光学薄膜厚度测试方面，用干涉法测厚的精度可达0.1nm；在光学系统成像质量检验方面，利用干涉法可测定光学系统的波像差，精度可达1/20λ，并可利用干涉图的数字化及后续处理解算出成像系统的点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数以及各种单色像差。

第四章光学干涉测量技术(武大)

光学干涉测量技术的优缺点
光学干涉测量技术的优点
高精度测量：干涉测量技术具有极高的精度，能够实现纳米级甚至更精确的测量。宽测量范围：干涉测量技术可以测量大范围的距离和角度，具有较广的适用范围。
抗干扰能力强：干涉测量技术不易受到环境噪声和其他电磁干扰的影响，测量稳定性高。
实时性：干涉测量技术可以实现实时测量，能够快缺点
对光源相干性要求高对环境振动和稳定性要求较高测量精度受多种因素影响设备成本较高，操作复杂
光学干涉测量技术的发展趋势
微型化：随着微纳加工技术的进步，光学干涉测量系统的尺寸不断缩小，提高了测量精度和便携性。智能化：集成人工智能和机器学习算法，实现光学干涉测量系统的自动化和智能化，提高测量效率和准确性。多光谱多模式：开发多光谱、多模式的光学干涉测量技术，拓展测量范围和应用领域，满足不同领域的需求。实时化：提高光学干涉测量技术的实时性，实现动态测量和实时反馈，提高测量效率和可靠性。
光学干涉测量技术是一种利用光的干涉现象进行长度、表面形貌、折射率等物理量测量的技术。
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它利用了光的波动性质，通过将待测物理量转化为干涉图的变化，从而实现了高精度、高分辨率的测量。
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光学干涉测量技术具有非接触、高精度、高分辨率、高灵敏度等优点，因此在科学研究、工业检测、医疗诊断等领域得到了广泛应用。
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干涉条纹的分析方法
干涉条纹的生成原理条纹的形状和间距分析条纹的移动和变化规律条纹的定量分析和计算方法
光学干涉测量技术的分类
时间相干性干涉测量技术
定义：利用时间相干性原理，通过测量光波的时间变化来获取干涉图样的技术。
原理：利用光的波动性质，通过干涉现象测量光波的相位差，从而确定物体的几何形状和物理性质。

近代光学测试技术

近代光学测试技术随着激光技术、光波导技术、光电子技术、光纤技术、计算机技术的发展，以及傅里叶光学、现代光学、二元光学和微光学的出现与发展，光学测试技术无论从测试方法、原理、准确度、效率，还是适用的领域范围都得到了巨大的发展，是现在科学技术与社会生产快速发展的重要技术支撑和高新技术之一。

光学测试技术的复杂性随着科学的发展而日渐增加，大量需要处理的数据更加远离使用者的直观感觉。

因此必须发展面向科学实践的、能对现代光学测试技术产生深入的了解其中运用先进的实验手段和方法来开展内燃机缸内燃烧过程的研究，获得缸内燃咦产焰的有关信息(例如温度场·浓度场·速度场)，具有十分重要的学术价值和广阔的应用前景。

内燃机缸内燃烧的光学测试方法是目前最有效的研究手段之一，在国内外得到越来越广泛的运用。

采用这种方法来研究内燃机的燃烧过程，能够进一步加深对燃烧过程的理解，为燃烧系统的评价和改进提供依据，对于指导内燃机燃烧系统的设计，提高内燃机工业整体水平具有重要的现实意义。

在内燃机燃烧的各种光学测试方法中，主要有双色法(Two一ColorMethod)、全息法(Holo脚phMeth-od)、吸收光谱法(Abso甲tionSpeetroseopyMeth-od)、激光诱导荧光法(肠ser一IndueedFluores-cenceSpectroscopy，简称LIF法)、喇曼散射光谱法(RamanSeatteringSpeetroseopy)和相干反斯托克斯光谱法(CoherentAnti一StokesRamanscattering，简称CARS法)等。

这些光学测试方法的应用，使内燃机缸内燃烧的研究向微观化、定量化和可视化方向发展[z]。

双色法双色法是一种传统的测高温的方法。

热辐射是自然界中普遍存在的现象，一切物体，只要其温度高于绝对零度，都要不同程度地产生辐射。

双色法的基本原理在于，通过测量两个波长的发光强度拟合黑体辐射曲线，从而可以推断物体的温度。

近代光学测试技术

原理；方法及应用： ●功能型光纤传感器的应用；非功能型光纤传感器的应用； ◎光纤实用技术 ○国内外光纤传感器研究动向；案例： ●◎○符合教学要求的诸多例题，不限定 7．光谱技术基础原理： ●激光光谱学和激光光谱技术；激光喇曼光谱技术；激光荧光光谱分析；激光原子吸收光谱分析； ◎激光微区光谱分析；方法及应用： ●激光光谱技术的应用；大气污染监测；激光光声光谱技术；超短光脉冲光谱技术； ◎光电流光谱技术；案例： ●◎○符合教学要求的诸多例题，不限定 8．光扫描技术基础原理： ●激光扫描计量技术原理；位相调制扫描技术；光扫描定位技术； ◎表面特征检测的扫描技术；反射光检测法；散射光检测法；扫描频谱分析法；
方法及应用： ○光扫描技术的其他应用；三维扫描技术；无定向激光扫描；案例： ●◎○符合教学要求的诸多例题，不限定 9．激光多普勒技术基础原理： ●激光多普勒技术；激光多普勒测速技术原理及特点；激光多普勒信号处理系统 ○流速方向判别和多维测量）；方法及应用： ●激光多普勒技术的应用；管道内水流的测量；激光测量二相流；血液流动的研究 ○丙烷气火焰流速的测量；大气风速测量；固体表面速度的测量；振动的测量案例： ●◎○符合教学要求的诸多例题，不限定 10．光学纳米技术基础原理： ●纳米传感技术；扫描测试系统；扫描隧道显微镜；原子力显微镜；方法及应用： ●纳米测量技术的应用； ○纳米测量的几个问题案例： ●◎○符合教学要求的诸多例题，不限定 11．拓展知识基础原理：： ●同步辐射光技术原理；方法及应用： ●同步辐射光的应用案例： ●◎○符合教学要求的诸多例题，不限定
大连海事大学《近代光学测试技术》课程教学大纲
Syllabus for INTRODUCTION OF MODERN OPTICAL MEASURING & TESTING TECHNIQUE

现代光学测试技术

2 ．散射板干涉仪（ 1 ）光路原理
§ 1 – 3多通道干涉仪测试
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
的波像差和非对称的波像差以分离的干涉图显示出来。双通道泰曼－格林干涉仪如图1－70所示。
二、技术特色

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。
激光干涉测长的工作原理如图 1-101 所示。
§ 1 -6 激光外差干涉测长与测振
激光光波干涉比长仪以光波波长为基准来测量各种长度，具有很高的测量精度。这种仪器中，由于动镜在测量时一般是从静止状态开始移动到一定的速度，因此干涉条纹的移动也是从静止开始逐渐加速，为了对干涉条纹的移动数进行正确的计数，光电接收器后的前置放大器一般只能用直流放大器，而不能用交流放大器，因此在测量时，一般对测量环境有较高的要求，一般的干涉比长仪不能用于车间现场进行精密测量。为了适应在车间现场实现干涉计量的需要，必须使干涉仪不仅具有高的测量精度，而且还要具有克服车间现场中气流及灰雾引起的光电信号直流漂移的性能，光外差干涉技术是为解决车间现场测量问题而发展起来的。
（三）光栅信号与位移的对应关系

解析光学干涉技术的演变及其应用

解析光学干涉技术的演变及其应用光学干涉技术是一种基于光学原理的精密测量方法，它利用两条光路相遇产生干涉现象，通过干涉条纹的形态和数量可以精确测量物体表面形貌、光波波长、厚度和折射率等物理量。

随着光学干涉技术的不断演化和发展，它在科学研究、制造加工和生命医学等领域得到了广泛的应用和推广。

一、光学干涉技术的起源与发展光学干涉技术起源于19世纪，当时的已知物理规律和实验仪器都很简单和粗糙，很难观测到实际的干涉现象。

直到20世纪初，光学干涉技术才得到了初步的发展和应用。

以弗雷德里希•惠更斯为代表的德国物理学家们研究出干涉仪的设计方法，利用双缝实现光源的分离和干涉，逐渐深入了解了光波传播的规律和性质。

在此基础上，法国物理学家米歇尔逐渐完善了干涉仪的结构和原理，为光学干涉技术的发展奠定了基础。

20世纪20年代，冈萨雷斯•劳伦兹和R.A.金对干涉仪做出了重要改进，降低了误差，使干涉技术得到广泛应用。

20世纪50年代之后，人们开始利用干涉仪测量更加精确的物理量，进一步发展了光学干涉技术的理论和应用。

二、常见光学干涉技术及其应用1. 薄膜干涉法：薄膜干涉法可以用于测量材料表面的薄膜厚度和折射率。

减其原理是在物体和环境之间插入薄膜，利用干涉现象测量薄膜的厚度和折射率，广泛应用于表面涂层、液晶显示器和光学器件等领域。

2. 普通干涉法：普通干涉法可以用于测量物体表面的形貌和曲率，如光学测试板、高精度测量设备等，还可以确定精密加工工艺的效果和控制表面形貌的精度。

3. 圆形干涉法：圆形干涉法可以用于测量光学元件的曲率半径和球面误差，适用于制造高精度光学镜头、反射器和光学玻璃等领域。

4. 全息干涉法：全息干涉法是一种高分辨率、全息存储和三维成像的技术，广泛应用于信息处理、自适应光学和光学存储等领域。

5. 激光干涉法：激光干涉法是一种高精度、远程测量的技术，可以用于气象、地球科学和环境监测等领域，还可以用于轨道姿态的测量和调整。

绪论近代光学测试技术

光纤传感测量技术应用
广泛应用于结构健康监测、石油化工、航空航天等领域。
光谱分析测量技术
光谱分析测量原理
利用物质对光的吸收、发射或散射作用，通过测量光谱信息来分析物质的成分、结构或状态。
光谱分析测量系统组成
包括光源、光谱仪、样品室、光电探测器、信号处理器等部分。
光谱分析测量技术应用
广泛应用于化学分析、生物医学、环境监测等领域。例如，通过红外光谱分析可以鉴定有机化合物的结构和官能团；通过拉曼光谱分析可以研究物质的振动和转动能级；通过荧光光谱分析可以检测生物样品中的荧光物质等。
在环境监测中的应用
大气污染监测
运用差分吸收光谱、激光雷达等技术，实时监测大气中的污染物浓度、分布及传输过程。
水质监测
采用光谱分析、荧光分析等方法，对水体的化学需氧量、重金属离子等污染物进行快速、准确的检测。
生态环境评估
利用遥感技术、地理信息系统等手段，对生态环境进行大范围、长期的监测和评估，为环境保护和治理提供科学依据。
在生物医学中的应用
生物组织成像
运用光学显微镜、共聚焦显微镜等技术，对生物组织进行高分辨率成像，观察细胞、组织等微观结构。
生物分子检测
利用荧光光谱、拉曼光谱等方法，对生物分子进行特异性检测，实现疾病诊断、药物筛选等应用。
生物医学光学治疗
通过激光、光动力等手段，对病变组织进行局部治疗，具有非侵入性、副作用小等优点。
测试成本的降低
随着市场竞争的加剧，降低光学测试技术的成本对于推广其应用具有重要意义。如何在保证测试性能的前提下降低成本是当前需要关注的重要问题。
未来发展方向预测
01超精密光学测试技术随着光学器件性能的不断提升，对超精密光学测试技术的需求将不断增

光学干涉测量技术的应用研究

光学干涉测量技术的应用研究光学干涉测量技术是一种可以在微观尺度下测量物体表面形变和结构变化的非接触式测量方法。

该技术通过利用光干涉的原理，测量物体表面所反射的光线与参考光线之间的相位差，求解出物体表面的形状和运动。

由于该技术具有精度高、速度快、非接触等优点，因此得到了广泛应用，特别是在各种工程领域和科学研究中。

一、光学干涉测量技术的基本原理光学干涉测量技术是通过光的干涉现象测量物体表面形变和变化的一种非接触性测量方法。

在该方法中，通过一个固定在一定位置上的光源照射到被测物体表面，以观察出反射回来的光。

同时，在照明光源的一侧，也会设置一个参考光源，其光线与被测光线相遇，并形成干涉条纹。

二、应用举例在机械制造方面，光学干涉测量技术广泛应用于高精度数控加工机床、光学元件、摆件轴承、自动连铸设备等焊接、排列及受热过程中温度、应变等参数的测量。

同时，这种技术也可以广泛应用于汽车、航空、军事和电子等行业，以进行质量检查、诊断，还可用于地质测量、环境监测等非工业应用领域。

三、技术的局限性光学干涉测量技术虽然具备很多优点，但也存在着一些局限性。

首先，在强光源或者高频环境下，容易造成数据的干扰，数据的可靠性需要通过专门的措施来解决。

同时，技术的应用范围相对比较窄，例如，它很难对透明或有高反射率材料的表面进行有效的测量。

四、技术的发展趋势在科技的不断更新、发展中，光学干涉测量技术也在不断发展和改进。

受益于新型的激光器技术和计算机技术的进步，光学干涉测量技术可以应用于更广泛的领域和细分领域。

例如，光学测量技术结合激光雷达技术，可以实现3D与目标检测，同时综合计算机视觉和图像处理技术了解工程对象光学特性等等。

同时，随着低成本、高分辨率数字相机和计算机程序的普及，测量仪器的制作工艺已经得到了显著的改进，光电元件、光纤等器件逐渐得到了普及。

五、结论在总的来说，光学干涉测量技术是一种非常优秀的表面变形测量方式，在实际应用和研究中都有很多的应用，一方面表明了它在实际生产中的重要意义，同时也为其后续发展提供了一个更宽广的、更多面的环境。

《光学干涉测量技术》课件

单缝衍射
经过狭缝或者孔径时，光的波动性质会表现出来，形成的干涉条纹与缝孔大小、波长和距离有关。
光学干涉测量的应用
1 压力测量
2 位移测量
3 曲率测量
通过测量物体在力的作用下的附加形变，计算得到物体所受的压力大小。
测量物体的位移，用于判断物体的形变和运动状态等。
通过测量物体曲面光程差的变化，得到曲率大小。
全息术的出现和发展
全息术的出现使得光学干涉测量技术可以更加直观的获取信号，可以把干涉条纹能量全部记录在一张全息图上。
激光技术的广泛应用
激光技术是现代光学干涉测量技术中最为重要的技术之一，提高了干涉信号的质量和稳定性。
光学干涉测量技术的局限性和展望
环境因素的影响
干扰会随着环境的变化而变化，例如温度、湿度、振动等环境因素都可以影响信号的稳定性和精度。
光学干涉测量技术
光学干涉测量技术是一种测量物体各种物理量(例如热涨缩、重量、位移、形变等)的高精度非接触式方法，广泛应用于机械制造、光学制造、航空航天、军工、半导体等领域。
光干涉仪的原理
1
光程差
光束沿不同路径传播，光程差会改变光的相
等厚线干涉
2
位，形成干涉条纹。
当光在具有一定曲率的光学元件(例如透镜)
4 表面质量检测
5 光学材料的折射率测量
检测制件表面的平整度、波纹度、径向误差、椭圆度等指标。
通过测量光在材料中的传播速度等参数，计算得到其折射率。
光学干涉测量技术的发展
数字化技术的应用
数字化技术的出现，对光学干涉测量技术的发展起到了重要的推动作用，大量传感数据的分析、存储、处理和可视化等随之而来。

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。

物理实验技术中的光学动态测量技术

物理实验技术中的光学动态测量技术光学动态测量技术是物理实验中广泛使用的一种测量方法，它利用光的特性对物体进行测量和观测。

在物理学、工程学、生物学等领域中，光学动态测量技术被广泛应用于材料性能研究、结构变形分析、运动状态检测等方面，具有重要的科学研究和工程应用价值。

光学动态测量技术主要包括两种方法：静态光学测量和动态光学测量。

静态光学测量是指在物体未发生运动或变形的情况下，利用光学设备对其进行测量和观测。

动态光学测量则是在物体发生运动或变形的情况下，通过光学设备对其进行实时、动态的测量。

在实验中，光学动态测量技术通常使用传感器和相机等设备进行数据采集和记录。

传感器可以对物体的位移、应变、速度等参数进行测量，而相机则可以记录物体在不同时间点的图像信息。

这些数据和图像可以通过计算机进行处理和分析，得出物体在不同时间点的状态和运动轨迹。

光学动态测量技术的一个重要应用是材料性能的研究。

通过对材料进行光学动态测量，可以获取材料的应变分布、载荷响应、动态力学性能等重要参数。

这对于材料的研发和设计具有重要的意义。

例如，在航空领域，对飞机结构材料进行动态光学测量可以了解其在高速飞行时的变形和应变情况，从而指导飞机的设计和改进。

另一个重要应用是结构变形分析。

光学动态测量技术可以实时观测和记录结构物的变形过程，对结构物的稳定性和安全性进行评估。

这在土木工程、桥梁设计和建筑结构等领域有着广泛的应用。

例如，在地震工程中，通过对建筑物进行动态光学测量，可以了解建筑物在地震作用下的变形情况，从而提高建筑物的抗震性能。

此外，光学动态测量技术还可以应用于运动状态检测。

在运动学研究中，动态光学测量可实时获取物体的位移、速度和加速度等运动参数，精确测量物体的运动轨迹。

这对于机械工程、航天技术和运动生理学等领域具有重要的意义。

例如，在足球比赛中，光学动态测量技术可以实时测量球员的速度和加速度，研究球员在比赛过程中的运动状态，为训练和战术调整提供科学依据。

光学测试技术光学干涉测量技术

根据干涉条纹的形成条件，可以知道干涉条纹是干涉场中光程差相同的点的轨迹；相邻条纹之间的光程差为波长的1/n，其中 n是测试光束通过被测试样的次数。若某处条纹间隔为H，对应的条纹弯曲量为h，则该处的波面偏差可表示为：
W h
Hn
13
§3.1 干涉测量基础
对于非轴对称的情况，则需要绘出二维的波面偏差分布图。在获取整个表面的波面偏差后，可以用以下几种综合指标描述波面分布：
必要的。
9
§4.1 干涉测量基础
(3)光源非单色性影响与时间相干性
能够发生干涉现象的最大光程差与光源的谱线宽度成反比。
若干涉测量中用到的光源本身有一定的谱线宽度，对应波长为
/2 和λ-Δλ/2两组干涉条纹的强度分布，其他波长的光对应的干
涉条纹强度分布介于两根曲线之间。干涉场中最终形成的干涉条
干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作为测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度
可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7；用干涉法可测量光学元件特征参数，用球面干涉仪测量球面曲
采样结束后即完成了对数字化干涉图像的图像处理过程，获得了离散的、采样点基本均布的波面数据集合（x,y,p）。在经过后续的波面拟合计算等可以得到波面数字分布。
25
§4.1 干涉测量基础
2、移相干涉提高干涉条纹稳定性移相干涉法采用光电定量探测方法，在横向以CCD像素构成
高密度点阵，在纵向通过标准镜的移动获得多幅干涉图，通过多幅干涉图的平均处理降低随机噪声，提高干涉条纹稳定性。其数学模型如下：
20

第 12 课干涉测量技术

干涉仪(Interferometer)
反射镜
M1 M 2
虚薄膜
a1
光源 S
G1
45 G2
a2
M2
a
补偿板
反射镜
半透半反膜
Albert Abraham Michelson
迈克尔逊因发明干涉仪和光速的测量而获得1907年诺贝尔物理学奖金。
a1′
a2′ E 观测装置
• 由M2反射的光束可以当作是从它虚像M2′反射过来的，这样，发生干涉的光束相当于M1与M2′之间的空气薄膜反射形成的。
Ch12 干涉测量术
Introduction
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。一方面是因为微电子、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。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测量的发展起着重要的作用。
2 n K 1 n m
影响干涉条纹对比度的因素
③相干光束光强不等和杂散光的影响
• 当n = 1时，有
2 n K n 1 可见，在光强之比 n 较
比较式小时，杂散光对条纹对比度的影响远比两支干涉光的光强不相等的影响要严重得多。
2 K 2m

在干涉仪中各光学零件的每个界面上都产生光的反射和折射，其中非期望的杂散光线，能以多种可能的路径进入干涉场。尤其是在用激光作光源的干涉测量中，由于激光具有极好的空间相干性，使系统中存在的杂散光很容易形成寄生条纹。

光学实验中的干涉技术应用

光学实验中的干涉技术应用光学实验是研究光的性质和现象的重要手段之一，而干涉技术则是光学实验中不可或缺的关键技术之一。

干涉是指两个或多个光波相互叠加而形成干涉图样的现象。

在实验中，干涉技术被广泛应用于测量和研究光波的性质，进一步拓展了我们对光学的认识。

首先，干涉技术在干涉条纹的研究中起着重要作用。

干涉条纹是指由两个或多个光波相互叠加形成的明暗相间的条纹。

通过观察和研究干涉条纹的图样和变化规律，我们可以推断光波的相位差和光的传播特性。

例如，杨氏双缝干涉实验使用两个狭缝来产生干涉条纹，通过观察条纹的间隔和形态，我们可以推断出光的波长和传播速度。

这种方法在测量光波特性和验证光的波动性的研究中有广泛的应用。

其次，干涉技术在光波的相位差测量中发挥着重要的作用。

相位差是指两个光波之间的相位差异。

在实验中，通过测量干涉条纹的间隔或移动，我们可以计算出光波的相位差。

例如，朗道棱镜干涉仪利用平行光通过棱镜后的两次折射和反射，形成干涉条纹，通过测量条纹的位移，我们可以计算出两束光波的相位差。

这种方法在测量光波相位差、薄膜厚度和折射率等相关参数的研究中具有重要的应用价值。

此外，干涉技术在光学成像中也有着广泛的应用。

例如，干涉仪镜头通过光波的干涉原理，可以将目标物体的光波分成两路，经过不同的路径传播后再次叠加，产生干涉图样。

通过观察和分析这些干涉图样，我们可以获得目标物体的形状、大小和表面形貌等信息。

这种干涉成像技术在精密测量和光学显微镜等领域有着广泛的应用。

最后，值得一提的是，干涉技术在光学通信中也发挥着重要的作用。

光纤通信是一种通过光传输信息的技术，其中使用的光纤材料具有较高的折射率。

在光纤通信中，干涉技术被应用于频分多路复用和相干检测等关键技术中。

通过在发送端将信息编码到光波的相位和强度中，接收端通过干涉技术解码并还原信息。

这种干涉技术在高速光纤通信和光传感技术中具有重要的应用意义。

总而言之，干涉技术在光学实验中的应用十分广泛。

近代光学测试技术- 动态干涉测试技术

2016-10-28 动态干涉测试技术

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光干涉检测技术

光学干涉：利用光波的干涉现象进行测量

第4章 光学干涉测量技术

第四章 光学干涉测量技术(武大)

近代光学测试技术

近代光学测试技术

现代光学测试技术

解析光学干涉技术的演变及其应用

绪论近代光学测试技术

光学干涉测量技术的应用研究

《光学干涉测量技术》课件

光学干涉测量技术

物理实验技术中的光学动态测量技术

光学测试技术光学干涉测量技术

第 12 课 干涉测量技术

光学实验中的干涉技术应用

第4章光学干涉测量技术

第四章光学干涉测量技术(武大)

第 12 课干涉测量技术