第4章 激光干涉测试技术 14 29 53 76
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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
光电测试技术-第4章 激光干涉测试技术
2014-11-16
K
LM
2
6Hale Waihona Puke §4-1 激光干涉测试技术基础
r S S0
θ
1.2 影响干涉条纹对比度的因素 ②光源大小与空间相干性 -f 干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源的尺寸，而光 在干涉测量中，采取尽量减小光源尺 源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响 图 4-2 等厚干涉仪中的扩展光源 : 寸的措施，固然可以提高条纹的对比 由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源尺寸，其干涉图 a) b) c) 度，但干涉场的亮度也随之减弱。 样都有很好的对比度。
7
2014-11-16
§4-1 激光干涉测试技术基础
1.2 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 设两支相干光的光强为I2=nI1，则有 可见，没有必要追求两支 图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系 2 n 相干光束的光强严格相等。 K n 尤其在其中一支光束光强 1 很小的情况下，人为降低 非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。 另一支光束的光强，甚至 设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 I ' mI 1 ，则 是有害的。因为这会导致 (1 n m 2 n ) I1 I max (1 n m 2 n ) I1 I min 不适当地降低干涉图样的 照度，从而提升了人眼的 于是 2 n K 对比度灵敏阈值，不利于 1 n m 目视观测。
概述
§4-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件 1．干涉原理 光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两 束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布 为： 两光束到达 I I I 2 I I cos 1 2 1 2 位相 某点的光程 差 差 2π L 满足 L m 的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。
K
LM
2
6Hale Waihona Puke §4-1 激光干涉测试技术基础
r S S0
θ
1.2 影响干涉条纹对比度的因素 ②光源大小与空间相干性 -f 干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源的尺寸，而光 在干涉测量中，采取尽量减小光源尺 源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响 图 4-2 等厚干涉仪中的扩展光源 : 寸的措施，固然可以提高条纹的对比 由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源尺寸，其干涉图 a) b) c) 度，但干涉场的亮度也随之减弱。 样都有很好的对比度。
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2014-11-16
§4-1 激光干涉测试技术基础
1.2 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 设两支相干光的光强为I2=nI1，则有 可见，没有必要追求两支 图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系 2 n 相干光束的光强严格相等。 K n 尤其在其中一支光束光强 1 很小的情况下，人为降低 非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。 另一支光束的光强，甚至 设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 I ' mI 1 ，则 是有害的。因为这会导致 (1 n m 2 n ) I1 I max (1 n m 2 n ) I1 I min 不适当地降低干涉图样的 照度，从而提升了人眼的 于是 2 n K 对比度灵敏阈值，不利于 1 n m 目视观测。
概述
§4-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件 1．干涉原理 光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两 束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布 为： 两光束到达 I I I 2 I I cos 1 2 1 2 位相 某点的光程 差 差 2π L 满足 L m 的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。
天文学中的激光干涉测量技术
天文学中的激光干涉测量技术激光干涉测量技术是一种高精度的距离测量方法，被广泛应用于天文学领域。
它是利用激光相干性和干涉现象进行空间距离的测量，可以精确地测量天体间的距离和运动状态，为天文学研究提供了重要的数据支撑。
本文将介绍激光干涉测量技术的基本原理、应用领域以及未来发展方向等内容。
一、基本原理激光干涉测量技术基于光的干涉现象，即两束光线相遇时会产生干涉条纹，通过观察干涉条纹，可以得到精确的距离信息。
在实际应用中，通常使用一种叫做激光干涉仪的仪器来实现距离测量。
激光干涉仪由干涉主体、光学系统和检测系统三部分组成。
干涉主体是指两个反射镜或半透镜，它们之间形成的空间就是激光干涉仪的主要测量空间。
当激光束通过干涉主体时，会被分成两束并分别反射回来，这两束光线在干涉空间中交叉，形成一系列干涉条纹。
检测系统会对干涉条纹进行实时采样和记录，利用条纹的移动情况来确定干涉空间中的物体距离变化。
通常情况下，激光干涉仪的精度可以达到亚毫米级别，是一种非常高精度的测量方法。
二、应用领域激光干涉测量技术在天文学领域有着广泛的应用，其中最重要的应用之一是被称为“测地引力波”的一种现象的探测。
测地引力波是由两个质量非常大的天体运动或碰撞而产生的重力波，它们以光速传播，可以被视为宇宙中的声波。
激光干涉测量技术可以精确地测量两个天体之间的距离变化，因此被用来探测这种微小的变化。
除了测地引力波探测之外，激光干涉测量技术还可以应用于天体形态的研究。
例如，天文学家可以使用激光干涉测量技术来测量恒星的直径或者行星的大小。
此外，激光干涉测量技术还可以用于天体运动和位置的研究，例如研究彗星的轨道或太阳系中行星间的相对位置等。
三、未来发展方向随着技术的不断进步，激光干涉测量技术在天文学领域的应用也将进一步扩大和深化。
未来可能会使用更先进的激光干涉仪器来进行更高精度的测量，例如在深空探测任务中使用激光干涉测量仪器探测天体之间的距离变化。
此外，还可以将激光干涉测量技术与其他天文学观测技术相结合，例如利用激光干涉测量技术来测量地球自转的变化和地球的重力变化等。
激光干涉测长技术
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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。
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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。
激光干涉测量技术(共39张PPT)
2 ➢ 激光干预测长的应用
1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干预比长的方法来检定基准米尺， 即通过激光干预仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的 稳定性，其复现精度可达±5x10-8以上，所以可用激光波长作长度基准。同 时，激光干预仪的输出信号易于实现光电转换，这样就提供了实现动态自动 测量的可能性，从根本上解决了检定基准米尺的精度与效率的问题。
此干预仪的水平位移测量半径为25m,测量倾斜角为 ±45º，目标镜最大移动速度为2m/s，测量分辨力为 0.1µm。
8
2
➢ 激光干预测长的应用
3、激光小角度干预仪
激光小角度干预仪是利用激光干预测位移和三角正弦 原理来测量角度的仪器。左图是激光小角度干预仪测 角原理图。激光器1发出的激光光束经分光镜3分成两 路，一路沿光路a射向测量棱镜2，一路沿光路b射向参 考镜4。当棱镜在位置I时，沿光路a前进的光束经角锥 棱镜反向后，沿光路c射向反射镜5，并沿原路返回至 分光镜，与从b路返回的参考光束会和而产生干预。当 棱镜移动到位置II后，沿光路a前进的光束由于棱镜II 及平面反射镜的作用，使它们仍按原路返回，不产生 光点移动，从而干预图形相对接收元件的位置保持不 变。根据干预测位移原理可以测出角锥棱镜在位置I和 位置II的位移H，假设棱镜转动半径R，便可根据三角 正弦关系求出被测角α。位移为：H=Kλ/4， α=arcsinH/R，式中，R为棱镜转动半径。
12
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 激光散斑干预测量技术 6 激光光纤干预测量技术
7 激光多波长干预测量技术
13
3 ➢ 为什么要用激光外差干预？
一般单频激光干预仪精度较高，但在测量时对环境有较高要求，不允许干预仪两臂 的光强有较大变化，干预条纹光强的变化总要以计数器平均触发电平为中心对等分 布，如图〔a〕所示。
1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干预比长的方法来检定基准米尺， 即通过激光干预仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的 稳定性，其复现精度可达±5x10-8以上，所以可用激光波长作长度基准。同 时，激光干预仪的输出信号易于实现光电转换，这样就提供了实现动态自动 测量的可能性，从根本上解决了检定基准米尺的精度与效率的问题。
此干预仪的水平位移测量半径为25m,测量倾斜角为 ±45º，目标镜最大移动速度为2m/s，测量分辨力为 0.1µm。
8
2
➢ 激光干预测长的应用
3、激光小角度干预仪
激光小角度干预仪是利用激光干预测位移和三角正弦 原理来测量角度的仪器。左图是激光小角度干预仪测 角原理图。激光器1发出的激光光束经分光镜3分成两 路，一路沿光路a射向测量棱镜2，一路沿光路b射向参 考镜4。当棱镜在位置I时，沿光路a前进的光束经角锥 棱镜反向后，沿光路c射向反射镜5，并沿原路返回至 分光镜，与从b路返回的参考光束会和而产生干预。当 棱镜移动到位置II后，沿光路a前进的光束由于棱镜II 及平面反射镜的作用，使它们仍按原路返回，不产生 光点移动，从而干预图形相对接收元件的位置保持不 变。根据干预测位移原理可以测出角锥棱镜在位置I和 位置II的位移H，假设棱镜转动半径R，便可根据三角 正弦关系求出被测角α。位移为：H=Kλ/4， α=arcsinH/R，式中，R为棱镜转动半径。
12
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 激光散斑干预测量技术 6 激光光纤干预测量技术
7 激光多波长干预测量技术
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3 ➢ 为什么要用激光外差干预？
一般单频激光干预仪精度较高，但在测量时对环境有较高要求，不允许干预仪两臂 的光强有较大变化，干预条纹光强的变化总要以计数器平均触发电平为中心对等分 布，如图〔a〕所示。
光电测试技术-第4章 激光衍射测试技术
成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。
目前制作的光纤光栅反射率R可达98％，反射谱宽为 1nm。
§4-3 衍射光栅
4.3.2 衍射光栅应用例
4．光栅分束器
偏振器 氦氖激光器 干涉图平面
Байду номын сангаас光栅1
光栅2
滤波孔径 成像透镜 准直镜 待检表面
掠入射干涉仪光路图
4.1.2 圆孔衍射 圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布
条纹序数
中央亮纹 第一暗纹 第一亮纹 第二暗纹 第二亮纹 第三暗纹 第三亮纹
ψ
0 1.22π=3.832 1.635π=5.136 2.233π=7.016 2.679π=8.417 3.283π=10.174 3.699π=11.620
4.3.1 衍射光栅
能够使入射光的振幅或位相，或者两者同时产生周期性 空间调制的光学元件叫做衍射光栅。
分类：根据利用反射光还是透射光，衍射光栅可分为反 射光栅和透射光栅两类；按它对入射光的调制方式又可 分为振幅光栅和位相光栅；此外，还有矩形光栅和余弦 光栅，一维、二维、三维光栅等。 光栅种类虽然较多，但其主要应用是作为分光元件，在 光谱测试、光通信系统等领域有广泛的应用。
其主要检测方法有两种：傅立叶变换检测法和二次傅立 叶变换检测法。
傅立叶变换检测法
物平面 透镜 频谱面
f
f
G (u, v) c g ( , ) exp j 2 (u v )dd x y 式中，u ,v 为光分布的空间频率， f f f为透镜焦距。
sinθ
0 1.22λ/2r 1.635 λ/2r 2.233 λ/2r 2.679 λ/2r 3.283 λ/2r 3.699 λ/2r
激光干涉测量技术
当两束或多束相干光波相 遇时，它们会相互叠加， 形成明暗交替的干涉图样。
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。
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。
《激光干涉测量技术》PPT课件
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
• 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
y
传播方向
E
x
0
/2
右旋椭圆 偏振光
y
x z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
偏振片的起偏 从自然光获得偏振光
• 偏振片
非·偏·振·光
起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 （1）物质的二向色性， （2）散射，
光轴 （3）反射和折射， 线偏振光 （4）双折射….
• 偏振片的起偏
电气石晶片
自然光I´
4．典型的光路布局 在激光干涉仪光路设计中，一般应遵循“共路原则”，即
测量光束与参考光束尽量走同一路径，以避免大气等环境条件 变化对两条光路影响不一致而引起测量误差。同时，根据不同 应用需要，要考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等 因素。下面介绍几种从不同角度考虑的典型光路布局。
(1)使用角锥棱镜反射器 这是一种常用的光路布局，如 下图(a)所示，图中角锥棱镜可使入射光和反射光在空间分离 一定距离，所以，这种光路可避免反射光束返回激光器。激光 器是一个光学谐振腔．若有光束返回激光器将引起激光输出频 率和振幅的不稳定。角锥棱镜还具有抗偏摆和俯仰的件能，可 以消除测量镜偏转带来的误差。图(a)所示光路的缺点是这种 成对使用的角锥棱镜要求配对加工，而且加工精度要求高。故 常采用一个作为可动反射镜。参考光路中用平面反射镜B作固 定反射镜。使用一个角锥棱镜作可动反射器还可采用其他几种 光路。图(b)中，镜Ml和M3上都镀有半反半透膜，M1用作分光器， 参考光束经M1反射后在镜M3与测量光束迭加，产生干涉。Ml和M 3还能做成一体，如图(c)所示。
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
• 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
y
传播方向
E
x
0
/2
右旋椭圆 偏振光
y
x z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
偏振片的起偏 从自然光获得偏振光
• 偏振片
非·偏·振·光
起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 （1）物质的二向色性， （2）散射，
光轴 （3）反射和折射， 线偏振光 （4）双折射….
• 偏振片的起偏
电气石晶片
自然光I´
4．典型的光路布局 在激光干涉仪光路设计中，一般应遵循“共路原则”，即
测量光束与参考光束尽量走同一路径，以避免大气等环境条件 变化对两条光路影响不一致而引起测量误差。同时，根据不同 应用需要，要考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等 因素。下面介绍几种从不同角度考虑的典型光路布局。
(1)使用角锥棱镜反射器 这是一种常用的光路布局，如 下图(a)所示，图中角锥棱镜可使入射光和反射光在空间分离 一定距离，所以，这种光路可避免反射光束返回激光器。激光 器是一个光学谐振腔．若有光束返回激光器将引起激光输出频 率和振幅的不稳定。角锥棱镜还具有抗偏摆和俯仰的件能，可 以消除测量镜偏转带来的误差。图(a)所示光路的缺点是这种 成对使用的角锥棱镜要求配对加工，而且加工精度要求高。故 常采用一个作为可动反射镜。参考光路中用平面反射镜B作固 定反射镜。使用一个角锥棱镜作可动反射器还可采用其他几种 光路。图(b)中，镜Ml和M3上都镀有半反半透膜，M1用作分光器， 参考光束经M1反射后在镜M3与测量光束迭加，产生干涉。Ml和M 3还能做成一体，如图(c)所示。
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动态干涉测试系统对条纹对比度的要求就比较低。
2020/8/5
5
① 光源的单色性与时间相干1 性K
如图，干涉场在中波实动际光见学到中，的把条光纹通是过相到干＋中间所有
波长当的光＋干涉的条第纹长间的m叠，度 波级加所列其亮的需持实结要续质的时就果I 时间是。间(可其称以对为产应相生产干干生时涉
x
纹与 的第 m+1级干亮涉纹的重两列波的光程差)。因
λ
合后，所有亮纹开此始，重激合光光源的时间相干性比
λ+Δλ
，而在此之前则是普干彼通 涉此光仪分源的好设得计0多和0 使，11用一时般22 不在3用激3 考光4 4
56 5
6
m
开的。因此尚能分虑辨其干时涉间相干性。图4-1 各种波长干涉条纹的叠加 λ+Δ
条纹的限度为:
(m 1) m( )
由此得最大干涉级m＝ /，与此相应的尚能产生干
形成静态稳定 干涉场的条件
在实际应用中，有时需要有意识地破坏上述
条件。比如在外差干涉测量技术中，在两束相干
光波中引入一个小的频率差，引起干涉场中的干
涉条纹不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光
信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场
的位相差。
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1.2 影响干涉条纹对比度的因素 干涉条纹对比度可定义为
混入两支干涉光路中杂散光光光强强严很的格小强相的度等情均况。为下尤I，其’ =人在m为其I降中1 ，低一另支则一光：支束
I max (1 n m 2 n)光I1束的I m光in 强 ，(1甚 n至是m有害2的n。)I因1 为这
会导致不适当地降低干涉图样的照度，
于是有：
K
1
2 n
从n 而提升了人眼的对比度灵敏阈值， 不m利于目视观测。
干涉图样当。采用激光作为光源时，因为光源上 ✓ 由楔形板各关产点系生所，的发 形等出成的的厚光干干束涉涉之条图间纹样有也，固有则定固是的定介相 的于位分以上两种情
况之间。布，而与光源的尺寸无关。激光光源
的大小不受限制，激光的空间相干性
如取对比度比为普0.通9，光可源好得得光多源。的许可半径为：
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K Imax Imin Imax Imin
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。
当 Imin = 0时K＝1，对比度有最大值；而当 Imax= Imin 时K＝0，条纹消失。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，但是已经相当困难了。
亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。
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§4-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件
1．干涉原理
光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道
，两束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强
分布为：
位相差
I I1 I2 2 I1I2 cos
两光束到 达某点的
2π L
1的86理✓0年论绝表，基大面按础C部损光.M分伤波。分a的和x光w干附方e式涉加ll 测误的试差电都；磁按是传场相播非干理路光接径论束触为式干的涉，技不按术会用奠对途被定测了件坚带实来
188✓1年分较振，大幅A的式.M量i程ch范el围so；n共设程计干涉了著非名共的程干干涉涉实验来测静态量干“涉以 太”✓漂在移精。密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广泛应 1960分年用波，。阵面M式aiman 研制成功第一台红宝石激光器，动态以干及涉 微
第4章 激光干涉测试技术
17世纪后半叶，Boyle和Ho概oke述独立地观察了两块玻璃板接
➢触历时出史现进的程彩：色条纹，人类从此开始注意到了干涉现象。 ➢18特01年点，：Thomas Young完成了著名的杨氏双缝实验，人们
可以✓有具计有划更高、的有测目试的灵地敏控度干制和涉干测准试涉确技现术度象；。
光程差
满足 L m 的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。
满足 L (m 1/ 2) 的光程差相同的点形成的暗线叫
暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹。其中m是干涉条纹的
干涉级次。
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2．干涉条件 通常能够产生干涉的两列光波必须满足三
个基本相干条件：
✓ 频率相同 ✓ 振动方向非正交 ✓ 恒定的位相差
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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② 光源大小与空间相干性
干涉图样照度在很大程r 度上SS取0 决于光源的尺寸，而光 θ 源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响:
✓由平行平板产生的等倾干涉，无论多-么f 宽的光源尺寸， ✓ 其杨干氏涉干图涉在寸度样实干的，都验涉措但有只测 施 干很 在量，涉中固场好 限，然的的 制采可亮对 狭取以度比 缝图尽提也a度 宽4)-量高随3图。 度光减条之4阑-的2小纹减孔情大等光的弱小厚况源 对 。对干干涉下b尺比)涉仪，条中纹的才对扩能比展光度看源的影清响c)
rm
f' 2
h
bC R / d /
dC R / 2b /
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③ 相干光束光强不等和杂散光的影响
设两支相干光的光
K 1.0
强为I2= nI1，则有：
K2 n n1
0.5
0.2
01
5
n
10
15
20
图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系
杂散光进入干涉场，可会见，严没重有影必响要条追纹求两对支比相度干。光设束的Leabharlann 2020/8/58
当n =在1干时涉，仪有中：各K光学2零2件m的每个界面上K比都较产式n2生n1光的反
射和折射，其中非期望的杂散光线能以可n 较见多小，种时在可，两能杂支散的光光路强对比径 进入干涉场。尤其是在用激光作光源的条纹干对涉比测度量的中影，响远由
于激光具有极好的空间相干性，使系统比两中支存干在涉的光杂的散光强光
➢电分子技类术：和计算机技术的飞速发展，使光学干涉技术的发
展进入另了外快还速可增以长利时用期有。关干涉图的接收和数据处理技 术198计2年算，出G点.B扩in散nin函g和数H、.R中oh心re点r研亮制度成、功光扫学描隧传道递显函微数镜等, 综198合6年光发学明象原质子评力价显指微标镜。，从此开始了干涉技术向纳米、