光电测试技术-第5章 激光干涉测试技术(4／6)共30页
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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。
《激光干涉测量技术》PPT课件
···
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
I 1 I 2
我们研发各种偏振片和延迟器件
o光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体
CaCO 3
纸面
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折
光光
射
方解石 晶体
晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该 方向称为晶体的光轴。
在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信 息，其原理是将光分成两路，干涉条纹是两路光光程差相 同点联成的轨迹。而光程差△是干涉仪两支光路光程之差， 可用下式表示
式中，nj、ni分别为干涉仪两支光路的介质折射率：li， lj分别为干涉仪两支光路的几何路程差。若把被测件放入
干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差将随着被测件的 位置与形状而变，干涉条纹也随之变化，测量出干涉条
激光干涉测量技术
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。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。
干涉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。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、马 赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年 代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速， 如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪的出现使干涉 仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。
(4)“猫眼”反射器 如下图(c)所示，它由一个透镜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(与反射镜的曲率无关)。若反 别镜的曲率中心C’和透镜的中心C重合，那么当透镜和反射 镜一起绕C点旋转时，光程保持不变：“猫眼“反射器的优点 是容易加工和不影响偏振光的传输。在光程不长的情况下也 可考虑用平面反射镜代替凹面反射镜，这样更容易加工和调 整。
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
I 1 I 2
我们研发各种偏振片和延迟器件
o光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体
CaCO 3
纸面
当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折
光光
射
方解石 晶体
晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该 方向称为晶体的光轴。
在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信 息，其原理是将光分成两路，干涉条纹是两路光光程差相 同点联成的轨迹。而光程差△是干涉仪两支光路光程之差， 可用下式表示
式中，nj、ni分别为干涉仪两支光路的介质折射率：li， lj分别为干涉仪两支光路的几何路程差。若把被测件放入
干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差将随着被测件的 位置与形状而变，干涉条纹也随之变化，测量出干涉条
激光干涉测量技术
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。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。
干涉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。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、马 赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年 代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速， 如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪的出现使干涉 仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。
(4)“猫眼”反射器 如下图(c)所示，它由一个透镜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(与反射镜的曲率无关)。若反 别镜的曲率中心C’和透镜的中心C重合，那么当透镜和反射 镜一起绕C点旋转时，光程保持不变：“猫眼“反射器的优点 是容易加工和不影响偏振光的传输。在光程不长的情况下也 可考虑用平面反射镜代替凹面反射镜，这样更容易加工和调 整。
激光干涉测量技术PPT32页
激光干涉测量技术
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读
光电测试技术-第5课_激光干涉测试技术(5／6)
9
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。
2018/10/14 5
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(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。
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➢ 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。
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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。
激光干涉测长技术PPT课件
§6-1 激光干涉测长概述
一、激光干涉测长的基准
1975年召开的第十五届国际计量大会“要求国际计量局和 各国研究所继续对这些引起辐射（指甲烷和碘稳定的氦氖激光 波长）进行研究”。
由于稳频技术的进展，甲烷和碘稳定的氦氖激光波长值的 稳定性和再现性都很高，因之有可能取代86Kr的波长而作为长 度的自然基准。在1979年6月召开的国际“米”定义咨询委员 会第六次会议上，已提出了一个“米”定义的建议草案。建议 将“米”定义为“平面电磁波在1/299792458秒的时间间隔内在 真空中传播的距离”。
E02 1 k k ei ei
E02 1 k 2 k cos
于是，两支光强不同引起的对比ki为：
若取k=4，则Ki可达0.8。
2k Ki 1 k
四、非期望光的抑制
那些不反映被测量的光就称为非期望光线或杂光。消除非期望的 光线。采取的措施大致有以下几种：
（1）设计时尽可能减少干涉体系光学零件的数目，以减少不必 要的反射面和产生非期望光线的机会。在不希望反射的界面上镀以增 透膜，镜筒、镜框内表面涂黑漆，以减低非期望光线的强度。
当k=0.1时，条纹可分辨，但很难使仪器正常工作。
2．影响对比度的因素：
（式中：Δυ为光源谱线宽，δ为光程差。
又知，光源的相干长度δΔυ为
1
2
于是，只要干涉系统的光程差等于或小于光源相干长度的四分之一，
即以 1 代入对比度便可达 4 4
§6-2 激光干涉仪设计
一、基本测量公式
迈克尔逊双光束干涉仪测长的公式为（在真空中）
L
N
（“增量法”测长）
2
当介质为空气时，上式变为
N 2nL
0 式中L为被测长度，n是空气折射率，λ0是真空中的波长，N
一、激光干涉测长的基准
1975年召开的第十五届国际计量大会“要求国际计量局和 各国研究所继续对这些引起辐射（指甲烷和碘稳定的氦氖激光 波长）进行研究”。
由于稳频技术的进展，甲烷和碘稳定的氦氖激光波长值的 稳定性和再现性都很高，因之有可能取代86Kr的波长而作为长 度的自然基准。在1979年6月召开的国际“米”定义咨询委员 会第六次会议上，已提出了一个“米”定义的建议草案。建议 将“米”定义为“平面电磁波在1/299792458秒的时间间隔内在 真空中传播的距离”。
E02 1 k k ei ei
E02 1 k 2 k cos
于是，两支光强不同引起的对比ki为：
若取k=4，则Ki可达0.8。
2k Ki 1 k
四、非期望光的抑制
那些不反映被测量的光就称为非期望光线或杂光。消除非期望的 光线。采取的措施大致有以下几种：
（1）设计时尽可能减少干涉体系光学零件的数目，以减少不必 要的反射面和产生非期望光线的机会。在不希望反射的界面上镀以增 透膜，镜筒、镜框内表面涂黑漆，以减低非期望光线的强度。
当k=0.1时，条纹可分辨，但很难使仪器正常工作。
2．影响对比度的因素：
（式中：Δυ为光源谱线宽，δ为光程差。
又知，光源的相干长度δΔυ为
1
2
于是，只要干涉系统的光程差等于或小于光源相干长度的四分之一，
即以 1 代入对比度便可达 4 4
§6-2 激光干涉仪设计
一、基本测量公式
迈克尔逊双光束干涉仪测长的公式为（在真空中）
L
N
（“增量法”测长）
2
当介质为空气时，上式变为
N 2nL
0 式中L为被测长度，n是空气折射率，λ0是真空中的波长，N
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。
激光干涉测试技术
满足
L (m 1 / 2) 的光程差相同的点形成的暗线叫
2
暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹。 2018/11/23 其中m是干涉条纹的干涉级次。
§4-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件 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： 静态稳定干涉场的条 频率相同 件
4
2018/11/23
1 §4-1 激光干涉测试技术基础 在波动光学中，把光通过相干 x 长度所需要的时间称为相干时 1.2 影响干涉条纹对比度的因素 I 间，其实质就是可以产生干涉 ①光源的单色性与时间相干性 的波列持续时间，（其对应产 如图，干涉场中实际见到的条纹是λ到λ＋Δλ 中间所有波 λ 生干涉的两列波的光程差）。 λ+Δλ 长的光干涉条纹叠加的结果。 因此，激光光源的时间相干性 当λ＋Δ λ 的第m级亮 比普通光源好得多，一般在激 m 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 纹与λ 的第m+1级亮纹光干涉仪的设计和使用时不用 λ+Δ 图4-1 各种波长干涉条纹的叠加 考虑其时间相干性。 重合后，所有亮纹开 始重合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉 条纹的限度为 (m 1) m( ) 由此得最大干涉级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
6
2018/11/23
§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。
L (m 1 / 2) 的光程差相同的点形成的暗线叫
2
暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹。 2018/11/23 其中m是干涉条纹的干涉级次。
§4-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件 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： 静态稳定干涉场的条 频率相同 件
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2018/11/23
1 §4-1 激光干涉测试技术基础 在波动光学中，把光通过相干 x 长度所需要的时间称为相干时 1.2 影响干涉条纹对比度的因素 I 间，其实质就是可以产生干涉 ①光源的单色性与时间相干性 的波列持续时间，（其对应产 如图，干涉场中实际见到的条纹是λ到λ＋Δλ 中间所有波 λ 生干涉的两列波的光程差）。 λ+Δλ 长的光干涉条纹叠加的结果。 因此，激光光源的时间相干性 当λ＋Δ λ 的第m级亮 比普通光源好得多，一般在激 m 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 纹与λ 的第m+1级亮纹光干涉仪的设计和使用时不用 λ+Δ 图4-1 各种波长干涉条纹的叠加 考虑其时间相干性。 重合后，所有亮纹开 始重合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉 条纹的限度为 (m 1) m( ) 由此得最大干涉级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
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2018/11/23
§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。
光电测试技术-第5章_激光干涉测试技术(2／6)
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。
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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
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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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。
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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
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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4 6 5
4h
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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