光电测试技术激光干涉测试技术／

光强和位相； ➢ 再现，即用光衍射原理来重现被记录物体的三维形状。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理 ▪ 全息术与普通照相相比具有以下特点：
➢ 三维性。全息术能获得物体的三维信息，成立体像。 ➢ 抗破坏性。全息图的一部分就可以再现出物体的全貌，
成为全息图(又E 称o全 息A 干o(板x,)y 。)ejo(x,y)
➢ 全息底片仅对光强起反应，而光强可表示为光波振幅的 平方，即
I x ,y E 2 E 注 E 意E r 与 参E 考o 光E r 波 的E 比o 较
jy
EAe Ix ,yA rejy A 0x ,yej0x,y A re jy A 0rx ,ye rj0x,y
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术
①静态二次曝光全息干涉法 ▪ 两次曝光后，全息底片上总的曝光量分布为
I(x,y)I1(x,y)I2(x,y) A 1(x,y)22R (x,y)2A 2(x,y)2R (x,y)A 1 *(x,y) A 1(x,y)R *(x,y)R (x,y)A 2 *(x,y)A 2(x,y)R *(x,y)
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第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术 ▪ 全息干涉测试技术的不足是其测试范围较小，变形量仅
几十微米左右。 ▪ 全息干涉方法包括：
➢ 单次曝光法（实时法）； ➢ 二次曝光法； ➢ 多次曝光法； ➢ 连续曝光法（时间平均法）； ➢ 非线性记录； ➢ 多波长干涉； ➢ 剪切干涉等多种形式。
▪ ②实时法全息干涉
全息图
Ⅴ 全息图
▪ 把经过处理后获得的全息参图考a光复)记R录位过，程 并用原再参现光考bR)再光现过波程R和
变形后的物光波A1同时照射全实时息法图全，息设图变的记形录后与的波物面光再现波
A 1 (x,y)A 0(x,y)ej1(x,y)
▪ 透过全息图的光场复振幅分布是
W (x,y)A 1(x,y)RH(x,y)
▪ 如果再纹现，过它程分中布用于另整外个方全向息的图光上束，作因为此照，明如光果波，再现
像会随全之息变图化缺。损一部分，仅减少了干涉条纹所
占的面积，降低了再现象的亮度和分辨力，
实像（共轭而像）对再现y 像的虚位像（置原始和像）形状是毫虚像 无影响的。y
实像
这就是说，全息图对缺损、划伤、油污、 灰尘等没有严格照明要光波求，这照一明光点波 在应用中具 有重要意义。
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理
④全息底片的要求 ▪ 全息底片一般采用在玻璃板基片上涂敷一层光敏卤化物
膜层（俗称照相乳胶）制成的全息干板。对全息底片主 要要求是分辨力。一般干涉条纹的密度是800lp/mm。因 此，全息底片的分辨力要求是很高的，普通底片不能满 足要求。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术
▪ ①静态二次曝光全息干涉法 ▪ 设第一次曝光时物光波为： A 1 (x ,y)A 0(x,y)ej0(x,y)
▪ 设参考光为：
R(x,y)R0ejR(x,y)
▪ 则第一次曝光在底片上的曝光量为：
I1(x,y)A 1(x,y)R (x,y)2
▪ 经过曝光、显影和定影处理后得到的全息底片透射率
分布为： H(x,y)A(x,y)2R(x,y)2
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A(x,y)R*(x,y)A*(x,y)R(x,y)
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第5章 激光干涉测试技术
Ⅲ
§5-4 激光全息干涉测变 形试技术 Ⅰ,Ⅵ
4.2 全息干涉测试技术 物 物光A
后 物
物光A1
Ⅱ,Ⅳ
A 1(x,y)RA (x,y)2R2A (x,y)R*(x,y)A*(x,y)R(x,y)
R 0(R 0 2A 0 2)ejRA 0R 0 2ej0A 0R 0 2ej(02R) A 0(R 0 2A 0 2)ej1A 0 2R 0ej(01R)A 0 2R 0ej(01R)
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第5章 激光干涉测试技术
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第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术
▪ 全息干涉测试技术是全息术应用于实际最早也是最成熟 的技术，它把普通的干涉测试技术同全息术结合起来， 具有许多独特的优势：
▪ 1）全息干涉技术则能够对任意形状和粗糙表面的三维表面进行测 量，测量不确定度可达光波波长数量级。
mrA Ar2A02x,yejymr2A0x,yej0x,y
m0A x,yej0x,yAr2ej2y
该项是在照明光束方向 传播的光波，它经过全
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息图后不偏转，但是振
幅会发生变化。
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理 ②物光波的重录再要的现性是质物：体光由波图和明参显考看光出波，产由生于的全干息涉图条记
光电测试技术
第5章 激光干涉测试技术
哈尔滨工业大学
§5-4 激光全息干涉测试技术
第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理 ▪ 概念：全息的概念早在1948年就由英国的Gabor提出。
所谓全息就是在摄影底片上同时记录物光波的振幅和位 相的全部信息，通过再现，可以获得物光波的立体像。 ▪ 全息术是一种两步成像技术： ➢ 记录，即以干涉条纹的形式在底片上存储被摄物体的
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第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术
①静态二次曝光全息干涉法
▪ 用与参考光完全相同的光波再现全息图，则透射全息
图的光波复振幅分布为
背景光
W (x,y)RH(x,y)
R2R2A 1(x,y)2A 2(x,y)2
R2A 1(x,y)A 2(x,y)R2A 1*(x,y)A 2*(x,y)
仅成像的亮度降低、分辨力下降，而且全息图不怕油 污和擦伤。 ➢ 信息容量大。 ➢ 光学系统简单，原则上无须透镜成像。
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理 ①全息图的记录
▪ 设参考光波为 Er Arejr ▪ 因为参考光波是平面波，
物光波 y
▪ 若把曝光时间取为1，并假设底片工作在线性区，比例 系数取为1，则底片经过显影、定影处理后得到全息图 的振幅透射比分布为
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H (x ,y ) 2 R 2 A 1 (x ,y )2 A 2 (x ,y )2
R * A 1 (x ,y ) A 2 (x ,y ) R A 1 * (x ,y ) A 2 * (x ,y )
O
z
全息底片
O
z
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Hale Waihona Puke Baidu
物光波的再现图示
物光波的再现图示 9
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理 ③全息术对光源的要求
▪ 由全息术的原理知道，全息图的记录和再现依赖于光的 干涉和衍射效应。因此，全息术对所用光源的要求不仅 同普通照相一样具有能使底片得以曝光的光能输出，而 且应具有为满足光束的干涉和衍射所必须的时间相干性 和空间相干性——一般选择激光器。
▪ 其相应的强度分布为：
I2(x,y)W2(x,y)W2*(x,y)
R4A02 ej0 ej(0) e e j0 j(0)
2C1cos(x,y)4Cco2s(x,y)
2
▪ 透射光波中出现条纹。该条纹是由物体在前后两次曝
光之间变形引起位相分布 (x, y) 的变化引起的。
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第5章 激光干涉测试技术
由于光再波现为时实原际始物物体体并光不波存在在相，位该上像是只共是轭衍的射，光即线的反向延再现物波 长线所构成，从称波之前为来原讲始，物若体原的来虚物像体或光原照波明始光是像波发。散
的话，则该光波将是会聚的。此物处光，波的再现图示
原来物体光波是发散的，所以，这一
Et tx项成,y所原E 表始r 示物m 的体光的xI波一,y在个A 全实re息像j图。y 后边某处形
P
则振幅恒定，位相随y值变，
以O点为参考，任一点 P(x, y) 的位相将比入射到
参考光波 θ
O
z
全息底片
O点光波的位相延迟了
全息图的记录过程图示
r 22ysin
令
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2则sin有
Er Arejy
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第5章 激光干涉测试技术
§5-4 激光全息干涉测试技术 该式表明，全息底片上的光强分布按 4.1 全正息弦术规及律其分基布本，原而理且干涉条纹的亮度 ①全和息形图状的主记要录由物光波决定，因此物体 ▪ 对相光在全均于波全息为物的息底(体x底片振,光y片经幅)波的上过和函，。显相数由影位，于和以故入定光P射影强(x到,处的y全)理形点息后式物底，记体片就录光上波各电点场的分振布幅为和位
2020/6/30 A r2 A 0 2x ,y A rA 0x ,yejy 0x,y A rA 0x ,ye jy 0x 6,y
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.1 全息术及其基本原理 ②物光波的再现 ▪ 如果处理过的全息干版的透过率和曝光光强成线性关系，
则其透过率为
两次曝光时两个物光波 相2020干/6/3叠0 加的合成波—— 产生干涉
合成波的共轭波——也 产生干涉
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术 ①静态二次曝光全息干涉法 ▪ 现在将两物光波的复振幅分布代入第二项，则有：
W 2 ( x , y ) R 2 A 0 e i 0 A 0 e j ( 0 ) R 2 A 0 ( 1 e j) e j 0
§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术
▪ ②实时法全息干涉
▪ 原理：将对物体曝光一次的全息图经显影和定影处理后 在原来摄影装置中精确复位，再现全息图时，再现像就 重叠在原来的物体上。若物体稍有位移或变形，就可以 看到干涉条纹。
▪ 设物光波和参考光波在全息底片上形成的光场分布分
别为： A (x,y)A 0(x,y)ej0(x,y) R(x,y)R0ejR(x,y)
▪ 2）全息图的再现像具有三维性质，因此全息干涉技术可以从不同 视角观察一个形状复杂的物体，一个干涉全息图相当于用一般干 涉进行多次观察。
▪ 3）全息干涉技术是比较同一物体在不同时刻的状态，因此，可以 测试该段时间内物体的位置和形状的变化。
▪ 4）全息干涉图是同一被测物体变化前后的状态的记录，不需要比 较基准件，对任意形状和粗糙表面的测试比较有利。
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§5-4 激光全息干涉测试技术
4.2 全息干涉测试技术 ①静态二次曝光全息干涉法 ▪ 原理：二次曝光全息干涉法是将两个具有一定位相差的
光波分别与同一参考光波相干涉，分两次曝光记录在同 一张全息底片上。当用与参考光完全相同的再现光照射 该全息图时，就可以再现出两个互相重叠的具有一定位 相差的物光波。当迎着物光波观察时，就可以观察到在 再现物体上产生的干涉条纹。
tx,ym x,Iy
t 线性部分
O t-H曲线 H
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§5-4 激光全息干涉测试技术 该项也含有物体光波的振幅和位相信
在整个全息图息上，但A近r2是似它为和常物数光，波则前该进项方正向虚像好不是同一，个常数乘上
一个察射4②➢.个光就光1物如物波会波全光果体具看是息波用光有到原术的和波原一始及再参这它z，始个物其0轴现考可所它光和体基x的, 光以表y表波原波本光一从示示所来前原束前样位的一具一的理波的的相光个有模再前负光项波与的一现。号波中是物一样。预再看比体切的示现出照光性“着全。明波质物再息光相，体现图波同如”光，更的 果。波则偏透迎所对得离射着以到O光该，的y全波光这息透，波个底射片这观透 z
▪ 设第二次曝光时物光波为： A 2 ( x ,y ) A 0 ( x ,y ) e j 0 ( x ,y ) ( x ,y )
▪ 设参考光仍为：
R(x,y)R0ejR(x,y)
▪ 则第二次曝光在底片上的曝光量为：
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I2(x,y)A 2(x,y)R (x,y)2
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