物理光学第十二章 第四节 平板的双光束干涉(楔形平板产生的等厚干涉、斐索干涉仪和迈克尔逊干涉仪)

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（一）、斐索干涉仪
用以检测光学元件的面形、光学镜头的波面像差 以及光学材料均匀性等的一种精密仪器。其测量 精度一般为/10～/100, 为检测用光源的平均波长。 常用的波面干涉仪为泰曼干涉仪和斐索干涉仪。 斐索干涉仪有平面的和球面的两种，前者由分束器、 准直物镜和标准平面所组成，后者由分束器、有限 共轭距物镜和标准球面所组成。单色光束在标准平 面或标准球面上，部分反射为参考光束；部分透射 适用于工厂、 并通过被测件的，为检测光束。检测光束自准返回， 研究所和高校 与参考光束重合，形成等厚干涉条纹。用斐索平面 等对光学元件 干涉仪可以检测平板或棱镜的表面面形及其均匀性。 的高精度检测。 用斐索球面干涉仪可以检测球面面形和其曲率半径， 采用光、机、 后者的测量精度约1微米；也可以检测无限、有限共 电、算结合的 系统软件，可 轭距镜头的波面像差。 打印检测报告。
0作图法来确定的。

b
定域深度的大小：由 非定域条纹。
b 0时， ， 决定，b小，定于深度大，
2
（2）楔板产生的等厚条纹
经楔形平板上下表面反射的两支光线 交于定域面上某点P时的光程差为 n2 AB BC n1 AP CP
记及半波损失:
8
L3
G L1 L2 P Q 激光平面干涉仪
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2 2nh m 即h
＝2nh

m

2n m 1时，h代表相邻条纹对应的空气层厚度差
m
此时有：h

2n
若平板锲角为时 : h e 2ne 如果条纹的横向偏移量为e（ , h e） 则对应的m为：m e e 此时高度变化为：h
迈 克 耳 孙 干 涉 仪
1、通过调节M1、M2的相对 、 位置，改变虚平板的厚度和 楔角，可实现平板的等倾干 涉、等厚干涉和混合型干涉 2、等倾干涉时，M1移动量 h 与视场中心移动的条纹数目 N之间有关系式 h N / 2 3、干涉性质不同，定域面 位置不同
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S
0
2n2 h cos 2

2
1
A
·P
C n1 n2 n1
上式中假设板的厚度很小，楔角也小。 则亮条纹的条件为
2n2 h cos 2 2 j 1
暗条纹的条件为

2
2
B
h
楔形平板的干涉
2n2 h cos2 j
3
如图所示是观察 楔板上干涉条纹的一种实用系统。 此时平行光垂直入射楔板， 2 0 则上表面的第1 、
e
2n e
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2、激光球面干涉仪
D2 h 8
1 1 D2 R R 8 k 2 1
D2 N k 4
11
12
13
动 态 演 示
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典型的双光束干涉系统
名 用途 称 斐 索 干 涉 仪 1、测定平板表面 的平面度和局部 误差 2、测量平行平板 的平行度和小角 度光楔的楔角 3、测量透镜的曲 率半径 1、确定零光程差 位置 2、进行样品或长 度测量 3、精确测量单色 光波长 工作原理 1、使标准平晶的下表面与待检 平面构成空气平板 2、去掉标准平晶，可直接利用 被测平板上下表面形成双光束 干涉 3、将标准平晶换成球面样板， 使球面样板曲面和待测曲面间 构成空气板，进行检测 1、白光照明时，加上补偿板能 够同时补偿各色光的光程差以 获得零级白光条纹，用于准确 确定零光程差位置，作为精确 测量基准 2、因为干涉仪能将参考光和测 量光束分开，所以可将样品放 置于测量光路中，观察干涉条 纹的变化；或将长度待测量转 化为动镜的移动量，通过测量 干涉条纹的变化实现长度测量 干涉条纹性质 1、形成等厚干涉条纹 2、根据检测对象不同，干 涉光束来自不同的标准反射 面和被测面 3、干涉光反射面选择不同， 对应定域面位置不同
根据光的干涉原理组成的一个仪器，通过对这个仪器所产生的干涉 条纹的测量而达到某种测量目的，这样的光学仪器就是干涉仪。干 涉仪的种类很多，在科学研究、生产和 计量部门都有广泛的应用，但各 种干涉仪在光路结构上都存在某 些相似之处，这里了解几种典型 的双光束干涉仪。
（一）、斐索干涉仪 （二）、迈克耳逊干涉仪
口径:30mm.
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1、激光平面干涉仪
XQ15-GⅠ激光平面干涉仪 可广泛用于工厂的计量 室、光学车间和科研院 所的实验室。光学平面 的平面度测量、光学平 板的微小楔角测量、光 学材料均匀性测量、光 学薄板波前误差的测量
OSI-75TP 激光平面 干涉仪。 中、小口 径平面元 件面形精 度、光学 均匀性检 测，加工 车间适 用
第2列反射波将重合，进行相干叠加。在上表面
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观察时，这两列波间的光程差 2n2 h
考虑半波损失，则在观测点P处 的光程差
2n2 h

2
亮条纹出现的条件为
2n2 h 2 j 1
2
( j 0、 1、 2 )
观察板上等厚条纹的一种实用系统
暗条纹出现的条件为
2n2 h j
( j 0、 1、 2 )
由于同一级亮纹出现在楔板厚度相等的地方，所以称为等厚干涉。
4
如图所示，相邻亮条纹间的厚度差为 h
如果楔角为 ，在表面上，亮条纹 的间距为
e h sin 2n2 sin
2n2
l
h
hj h j 1
j
j 1
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四、斐索干涉仪和迈克尔孙干涉仪
三、楔形平板产生的等厚干涉 （1）定域面的位置及深度 定域面-扩展光源下，由 0 作图法来确定的。如图所示。当光源 在楔形板的正上方时，定域面在楔板内图（c）。
图（a)定域面在板的上方；图(b)定域面在板下方。
S
P
c)
1
定域深度：定域面前后一定范围内可观测到条纹的范围的线度。 定域中心（面）：由