5第三章 光学零部件的基本测量

干
按光波 分光方式
按相干光束 传播路径
按用途
涉
法
分 振 幅 式
分 波 阵 面 式
共 程 干 涉
非 共 程 干 涉
静 态 干 涉
动 态 干 涉
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第一节 光学面形偏差的检测
1、干涉的概念
1）相干光
（1）频率相同
（2）位相差恒定 （3）光矢量振动方向相同
干
（4）光程差小于波列长度
2
涉
2L
法
因此，必须用单色光源，使同一光源发出的光束分成两束，且
中，斐索型干涉测量法与在光学车间广泛应用的 法
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。
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第一节 光学面形偏差的检测
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技术的发
展起着重要的作用。
历史进程：
干
17世纪后半叶，玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观 察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹（后被称作牛顿
中间所有波长的光干因涉此，条激纹光叠光加源的的结时间果相。干性
当λ＋Δ λ 的第m比光级普干亮通涉00 光仪源的11 好设2得计2 多和3 ， 使3 用一4 4时般5不在5 用激6 6
λ+Δλ
涉 法m
纹与λ的第m+1级亮考纹虑重其时间图4相-1干各性种波。长干涉条纹的叠加 λ+Δ
合后，所有亮纹开始重
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第一节 光学面形偏差的检测
特点：
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 干
对被测件带来表面损伤和附加误差；
涉
法
较大的量程范围；
抗干扰能力强；
操作方便；
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。
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第一节 光学面形偏差的检测
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分类：
干涉测试技术
1818年，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能
干涉，导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。
1860年，麦克斯韦(C.Maxwell)的电磁场理论为干涉技 干
术奠定了坚实的理论基础。
涉
1881年，迈克尔逊(A.Michelson)设计了著名的干涉实 法
验来测量“以太”漂移，导致“以太”说的破灭和相
合，而在此之前则是(m彼1此)分开m(的 。则)尚能分辨干 由涉此条得纹最的大限干度涉为级m＝λ/Δλ ，与此相应的尚能产生干涉
条纹的两支相干光的最大光程差(或称光源的相干长度)为
2
LM
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第一节 光学面形偏差的检测
r
S
S0
θ
影响干涉条纹对比度的因素
a) ②光源大b)小与空间在相干c)干涉性测量中，采取尽-f 量减小光源尺
光学测量 第三章 光学零部件的基本测量
光学测量 第三章 光学零部件的基本测量
第三章 光学零部件的基本测量
第一节 光学面形偏差的检测
光学测量
第一节 光学面形偏差的检测
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第一节 光学面形偏差的检测
概述：
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。
干
在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量 涉
尺寸，其干涉图关样系都，有形很成好的的干对涉比条度纹。也有固定的分
杨氏干涉实验只布在，限而制与狭光缝源宽的度尺的寸情无况关下。，激才光能光源 看清干涉图样。的大小不受限制，激光的空间相干性
由楔形板产生的比等普厚通干光涉源图好样得，多则。是介于以上两
种情况之间。
如取对比度为0.9，可得光源的许可半径
对论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米
原器作比对，导致后来用光波长定义“米”。
1900年，普朗克（Max Planck）提出辐射的量子理论， 成为近代物理学的起点。
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第一节 光学面形偏差的检测
历史进程：
1905年，爱因斯坦（Albert Einstein）提出相对论原 理。
1924年，Louis de Broglie推导出de Broglie波方程， 干
光程差不能太大。钠光 (100 ~ 200)mm ， 激光 (10 ~几十米）
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第一节 光学面形偏差的检测
影响干涉条纹对比度的因素
干涉条纹对比度可定义为 K Imax Imin
Imax Imin
干
涉
法 ➢ 式中，Imax、Imin 分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值， 也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。
rm
f' 2
涉 法
环），人类从此开始注意到了干涉现象。
1690年，惠更斯出版《论光》，提出“波动”说。
1704年，牛顿出版《光学》，提出了“微粒”说。
1801年，托马斯·杨(Thomas Young)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。
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第一节 光学面形偏差的检测
历史进程：
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K
第§一4-节1 激光光学干面涉形测偏试1 技差术的基检础测
在波动光学中，把光通过相干
1①.光2 源影的响单干色涉性条与纹时对间长间的比相度波，度I所列其干的需持实性因要续质素的时就时间是间，可称（以为其产对生相应干干产涉时
x
如图，干涉场中实际生见干涉到的的两条列纹波是的λ光程到差λ）＋。Δλλ干
➢ 当 Imin = 0时K＝1，对比度有最大值；而当 Imax= Imin时K＝
0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1。
➢ 对目视干涉仪可以认为：当K＞0.75时，对比度就算是好的； 而当K＞0.5时，可以算是满意的；当K＝0.1时，条纹尚可辨
认，但是已经相当困难的了。 ➢ 对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。
认为所有的运动粒子都具有相应的波长，为隧道显微镜、 原子力显微镜的诞生做了理论准备。
1960年，梅曼(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器，
涉 法
以及微电子技术和计算机技术的飞速发展，使光学干涉
技术的发展进入了快速增长时期。
1982年，G.Binning和H.Rohrer研制成功扫描隧道显微 镜，1986年发明原子力显微镜，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。
图4-3
光阑干孔大涉小对图干样涉条的纹对照比度度的寸，影的响在措很施，大固程然度可上以取提决高条于纹光的源对比 的尺寸，而光源度的，尺但寸干涉大场小的图又4亮-会2 度等对也厚各干随涉类之仪中减干的弱扩涉展。光源
干 涉
图样对比度有不当同采的用影激光响作: 为光源时，因为光源上 法
由平行平板产生各的点等所倾发干出涉的，光无束论之多间么有宽固的定光的源相位