激光干涉测量技术1
激光干涉测量技术的应用与发展
激光干涉测量技术的应用与发展激光干涉测量技术是一种利用两束或多束激光干涉的方法来获得被测量物件的形状、尺寸、形变、表面粗糙度等参数的非接触式测量技术。
因其具有精度高、速度快、非接触、非损伤等优点，近年来被广泛应用于各个领域，如空间结构、微加工、医学、汽车制造、半导体加工、航空航天等。
本文将重点探讨激光干涉测量技术的应用和发展。
一、应用领域1.空间结构测量激光干涉测量技术可以通过在空间结构表面扫描多个测量点来获取结构的形状和姿态等信息，用于结构的定位、配合和校正。
例如，在卫星发射前，需要准确测量各个部件的尺寸和相对位置，确保卫星能够正确地组装在一起。
2.微加工测量在微加工过程中，激光干涉测量技术可以测量微米级别的形变和表面质量，用于控制产品质量和优化加工过程。
例如，在制造微纳米光学器件时，需要测量器件的形变和表面质量，以确保其性能优异。
3.医学应用激光干涉测量技术可以应用于医学领域，用于测量人体器官和组织的形状和尺寸等参数。
例如，在牙齿修复中，激光干涉测量可以帮助医生准确测量牙齿的大小和形状，制作出合适的假牙。
4.汽车制造在汽车制造领域，激光干涉测量技术可以用于检测车身结构的尺寸和形状是否符合设计要求，以及车身表面的平整度和几何精度。
例如，在汽车制造中，需要使用激光干涉测量技术来检测车门、车窗的尺寸和形状是否正确，以确保车门、车窗能够完全密合。
5.半导体加工在半导体制造过程中，激光干涉测量技术可以用于测量芯片表面的平整度和精度，以及芯片上电路元器件的尺寸和形状等参数。
例如，在制造集成电路时，需要使用激光干涉测量技术来确保芯片表面的平整度和精度符合要求，以确保芯片的电子性能。
二、技术发展近年来，随着激光技术和计算机技术的发展，激光干涉测量技术也取得了一系列的进展。
1.高频率测量高频率测量是近年来激光干涉测量技术的一个新发展方向。
高频率测量可以在非常短的时间内获得目标结构的形状和位移信息，适用于快速运动或频繁变化的物体测量。
激光干涉技术在精密测量中的应用研究
激光干涉技术在精密测量中的应用研究激光干涉技术是目前应用最广泛的一种精密测量方法，它利用激光的准直性、相干性和波长稳定性，在测量物体的形状、表面形貌、位移、振动、变形等方面具有很高的精度和分辨率，被广泛应用于制造、科研及医疗等领域。
本文将会详细探讨激光干涉技术在精密测量中的应用研究，包括激光干涉技术的基本原理及分类、激光干涉计的结构和工作原理、激光干涉技术在表面形貌测量、位移测量和振动测量中的应用、激光干涉技术在工业生产中的应用以及其在医疗领域中的应用。
一、激光干涉技术的基本原理和分类激光干涉技术是利用激光的准直性和相干性，在将两束或多束激光引导到相同的测量点或目标区域时，由于激光的相干性，相干的激光将会产生干涉条纹，通过对这些干涉条纹的分析，可以得到被测量物体的精密信息。
激光干涉技术主要有多普勒激光干涉技术、白光干涉技术、涡流激光干涉技术等。
二、激光干涉计的结构和工作原理激光干涉计主要由光路、干涉仪、检测器以及信号处理系统等组成，其中干涉仪是实现干涉效果的核心装置。
干涉仪主要有两种类型，一种是Michelson干涉仪，另一种是Fizeau干涉仪。
Michelson干涉仪采用一个半透镜和两个反射镜对激光进行分束、反射、再合并，从而产生干涉条纹；而Fizeau干涉仪使用一个反射镜和一个折射平面对激光分别进行反射和透射，产生干涉条纹。
信号处理系统主要用于对干涉条纹进行处理和分析。
三、激光干涉技术在表面形貌测量中的应用激光干涉技术具有高分辨率、高灵敏度、非接触等特点，广泛应用于表面形貌测量。
通过测量被测量物体表面与基准表面之间的距离差，可以得出被测物体的表面形貌信息。
激光干涉技术在表面形貌测量中已取得了显著的进展，应用广泛，如金属表面粗糙度测量，光学元件的制作等。
四、激光干涉技术在位移测量中的应用激光干涉技术可对微小的位移进行测量，精度高、实时性好，被广泛应用于工程应用中，如机械工程、土木工程、电子工业等。
工程类第二章激光干涉测量技术上
智能化测量将提高测量精度和效 率，降低人为误差和操作成本。
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添加标题展趋势包括实时数据处理、 自动校准和自我诊断功能。
激光干涉测量技术将进一步拓展 应用领域，如智能制造、医疗和 航空航天等。
01
激光干涉测量技术的实际应用案例
激光干涉仪在长度测量中的应用
测量原理：基于激光干涉原理，通过测量干涉条纹的数量来确定长度 应用场景：生产线上的长度测量、精密加工中的定位和测量、科学研究中的长度测量等 优势特点：高精度、高稳定性、非接触式测量等 未来发展：随着激光干涉测量技术的不断进步，其在长度测量领域的应用将更加广泛和精确
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激光干涉仪在振动测量中的应用
激光干涉仪的原理 振动测量中的应用场景 实验结果及分析 未来发展方向
激光干涉仪在光学元件检测中的应用
光学元件检测的必要性 激光干涉仪的工作原理 激光干涉仪在光学元件检测中的应用案例 激光干涉仪在光学元件检测中的优势与局限性
激光干涉仪在表面粗糙度测量中的应用
激光干涉仪的工作原理 表面粗糙度测量的重要性 激光干涉仪在表面粗糙度测量中的应用案例 激光干涉仪在表面粗糙度测量中的优势与局限性
远程测量：激光干涉测量技术可以实现远程测量，无需直接接触被测物体，具有广泛的应用前景。
抗干扰能力强：激光干涉测量技术具有较强的抗干扰能力，能够在复杂的环境下实现稳定的测量。
缺点
设备成本高昂 对环境条件要求较高 测量精度易受干扰影响 需要专业操作人员和维护
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激光干涉测量技术的发展趋势
高精度测量
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激光干涉测量技术
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机械振动测量的激光干涉技术原理及其应用
机械振动测量的激光干涉技术原理及其应用一、激光干涉技术概述1.1 激光干涉技术简介激光干涉技术是一种基于激光干涉现象的测量技术，通过利用激光光束的干涉效应，可以实现对目标物体的形状、表面特征以及运动状态等参数的测量。
激光干涉技术具有高精度、非接触和实时性等优势，被广泛应用于机械振动测量领域。
1.2 机械振动测量的意义机械振动测量是研究和评估机械系统动态性能的重要手段。
通过对机械振动的测量和分析，可以了解机械系统的结构特性、工作状态以及可能存在的故障或缺陷。
因此，机械振动测量在机械设计、故障诊断和结构动力学研究等领域具有广泛的应用前景。
二、激光干涉技术测量原理2.1 光的干涉原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加时产生的明暗交替的干涉条纹。
干涉条纹的出现是由于光波的相位差引起的，根据相位差的不同，干涉条纹会呈现出不同的明暗程度。
2.2 激光干涉技术测量原理在机械振动测量中，通常使用Michelson干涉仪或Fizeau干涉仪来实现激光干涉测量。
这些干涉仪利用激光光束的相干性和干涉效应来测量目标物体的振动情况。
激光干涉技术的基本原理是：将激光光束分成两束，分别射向目标物体和参考面，经过反射后再次汇合成一束光。
由于目标物体的振动，其表面会引起光程差的变化，从而产生干涉条纹。
通过对干涉条纹的分析和处理，可以得到目标物体的振动参数。
三、激光干涉技术的应用3.1 机械结构振动测试激光干涉技术可以用于对机械结构的振动进行测量。
通过将激光束射向机械结构表面，并利用干涉条纹的变化来获取结构的振动频率、振幅等参数，从而评估结构的稳定性和振动特性。
3.2 高精度位移测量利用激光干涉技术可以实现对物体位移的测量。
通过测量干涉条纹的移动情况，可以获取物体的位移信息，达到亚微米甚至纳米级的测量精度。
这在精密加工和微观物体测量等领域具有重要的应用价值。
3.3 动态应变测量激光干涉技术还可以实现对物体动态应变的测量。
当物体受到外力作用引起应变时，其表面形状会发生变化，从而改变干涉条纹的分布情况。
激光干涉测长技术
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辩向干涉系统 如图所示为泰曼——格林型旳偏振干涉系统，其特点是用一偏振分束 器替代常规旳分束板，并在干涉仪旳不同部位安顿了某些不同旳偏振器件 （在照明系统中安顿一1/2波片，在参照光路和测量光路中各安顿一1/4波 片，而在接受部分安顿一检偏振器）。图中由He-Ne激光器输出旳线偏振 光入射到1/2波片上，1/2波片能够绕光轴旋转，以使经它出射旳偏振光振 动方向定位在任何所需旳方向上。偏振分束器旳作用是把输入旳偏振光按 偏振方向分束，使测量光束和参照光束偏振方向相互垂直。
3、2、4 、1 ；反向移动时，脉冲排列顺序为1 、 4、2、3、 1，如
图所示。在逻辑电路上可根据脉冲1旳背面是1或4来鉴别正向加脉冲 或反向减脉冲，并分别逆入加脉冲旳“门”或减脉冲旳“门”中去， 从而可得到总旳加脉冲或减脉冲信号。
判向电路除提升了仪器旳 抗干扰能力外，还把一种周期 旳干涉条纹变化（即亮暗变化 一次）变成四个脉冲输出信号。 所以在测长时，当条纹变一条 时，可逆计数器显示4个脉冲 数，这等于把条纹4细分了， 常称四倍频计数。此时每一脉 冲代表λ/8旳移动量，所测得 旳长度
第六章 激光干涉测长技术
自从1823年杨氏（Thomas Young）首先用试验措施研究光 旳干涉现象以来，对光干涉旳本质及其应用研究已延续近223 年旳历史。激光旳出现和计算机技术，微电子技术旳发展给光 干涉技术注入了新旳活力，并已成为当代光学中一种主要旳分 支。激光干涉测量技术不但被广泛用于对物体长度、角度、形 状、位移等几何量旳测量，还可利用其测量原理对物理量（如 形变、速度、振动等）及光学系统特征（如象差，光学传递函 数）等进行测量。
（2）析光镜上经常产生非期望光线。
析光板产生旳非期望光线
● 动条纹：除了在析光板镀膜面上分裂而成旳两条期望旳相干 光线1、2处，还可能产生光线3和4，其光强虽代于前者，若所形成条 纹旳间隔合适还是足以觉察出来，它和期望旳干涉图样一样，也会伴 随反射镜旳平移而运动。
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。
激光干涉测量物体形状与运动的技术要点
激光干涉测量物体形状与运动的技术要点激光干涉测量技术是一种非接触式的测量方法，通过测量激光光束与物体表面的干涉现象，可以实现对物体形状和运动的精确测量。
在工业制造、医学影像、地质勘探等领域中，激光干涉测量技术被广泛应用。
本文将介绍激光干涉测量物体形状与运动的技术要点。
一、激光干涉测量原理激光干涉测量原理基于光的干涉现象，通过测量光程差来计算物体的形状和运动。
当激光光束照射到物体表面时，一部分光被反射回来，与原始光束发生干涉。
干涉产生的光强分布与物体表面的形状和运动状态有关。
通过分析干涉光强分布的变化，可以得到物体的形状和运动信息。
二、激光干涉测量的关键技术1. 激光光源的选择激光光源是激光干涉测量的关键组成部分。
常用的激光光源有氦氖激光器、二极管激光器等。
选择合适的激光光源要考虑到测量的精度、测量距离和成本等因素。
同时，激光光源的波长也会影响测量的精度，需要根据具体应用需求进行选择。
2. 干涉图像的获取干涉图像的获取是激光干涉测量的关键步骤。
传统的方法是使用像素平面干涉仪进行图像的获取，但这种方法需要较长的曝光时间，不适用于快速运动的物体。
近年来，高速相机和图像处理技术的发展使得实时获取干涉图像成为可能，大大提高了测量的效率和精度。
3. 相位解析与计算干涉图像中的光强分布与物体表面的形状和运动状态有关，通过分析图像中的相位信息可以得到物体的形状和运动信息。
相位解析与计算是激光干涉测量的核心技术之一。
常用的相位解析方法有空间相位解析法、频率调制法等。
相位计算的过程中需要考虑到相位的非线性变化和噪声的影响，采用合适的算法可以提高测量的精度。
4. 测量误差的分析与校正激光干涉测量中存在着各种误差，如光源的不稳定性、环境震动等。
对测量误差的分析与校正是保证测量精度的重要环节。
常用的误差分析方法有误差传递法、误差补偿法等。
通过合理的误差校正方法，可以提高测量的准确性和稳定性。
三、激光干涉测量技术的应用激光干涉测量技术在工业制造、医学影像、地质勘探等领域中有着广泛的应用。
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。
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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。
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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。
激光干涉测量在微纳尺度下的应用研究
激光干涉测量在微纳尺度下的应用研究激光干涉测量（laser interferometry）是一种精密测量技术，可以用于测量微纳尺度下的物体形貌、薄膜厚度、表面粗糙度等信息。
它基于激光的相干性和波动性原理，通过分析干涉图案的变化来获取目标物体的参数信息。
在微纳尺度下的应用研究中，激光干涉测量技术发挥着重要的作用。
本文将着重介绍激光干涉测量在微纳尺度下的应用研究进展和相关领域的案例。
一、激光干涉测量技术的原理与优势激光干涉测量技术基于干涉原理进行测量，主要包括干涉图样的记录和干涉信号的分析两个过程。
干涉图样可以通过干涉仪记录下来，然后通过合适的算法和信号处理方法来分析和测量目标物体的参数。
激光干涉测量技术在微纳尺度下有很多应用优势。
首先，它具有非接触性和高精度的特点，可以实现在不破坏目标物体的情况下进行测量。
其次，激光干涉测量技术的分辨率非常高，可以达到亚纳米或更高的级别，适用于微纳尺度下的测量需求。
此外，激光干涉测量技术还具有实时性好、可重复性高、测量范围广等优势，使其成为微纳尺度下应用研究的重要工具。
二、激光干涉测量在微纳尺度下的应用案例1.微纳结构形貌测量微纳结构的形貌测量是激光干涉测量技术的一个重要应用领域。
利用激光干涉测量技术，可以实现对微纳结构表面形貌的高精度测量。
例如，在MEMS（微机电系统）领域，激光干涉测量技术被广泛应用于测量微机电系统的微悬臂梁、微结构等的形貌。
通过测量微结构的形貌，可以评估微结构的品质和性能，并进行优化设计。
2.薄膜厚度测量薄膜厚度的精确测量在微纳尺度下也是一个重要的课题。
激光干涉测量技术能够实现对薄膜厚度的高精度测量。
例如，在光学薄膜技术中，激光干涉测量技术可以用于控制薄膜的沉积过程，实时监测薄膜的厚度变化，以确保薄膜的均匀性和精确性。
3.表面粗糙度测量微纳尺度下的表面粗糙度测量对材料表面性能的评估和优化具有重要意义。
激光干涉测量技术可以实现对微纳尺度下表面粗糙度的高精度测量。
激光干涉测量技术(共39张PPT)
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。
物理实验技术中的激光干涉测量技巧
物理实验技术中的激光干涉测量技巧激光干涉测量技术在物理实验中被广泛应用，具有高精度、非接触、高速测量等特点。
本文将介绍激光干涉测量技术的原理、常见应用以及相关的技巧。
一、激光干涉测量技术的原理激光干涉测量主要利用激光的波动性以及光的相位差来测量被测量体的形状、振动、位移等参数。
具体而言，激光束从激光器发出后经由光学系统进行整形、调节，并通过分束镜将激光分成两束光线，分别射向被测量体的不同部位。
被测量体上的反射光线再经由反射镜汇聚到合束镜并通过合束镜合并成一束，最终再通过干涉仪的光程差计算出被测物体的形状、位移等参数。
二、激光干涉测量技术的应用1. 表面形貌测量：激光干涉测量技术可以用于测量各种物体的表面形貌，如微观表面粗糙度、形状等。
通过激光干涉测量技术可以获取高精度、非接触的表面形貌信息，对于材料加工、制造工艺等领域具有重要意义。
2. 振动测量：激光干涉测量技术可以用于测量物体的振动状态，如机械结构的振动、声学振动等。
通过激光束的干涉效应可以实时地观测物体的振动状态，并得到相关参数，对于振动分析与控制具有重要意义。
3. 位移测量：激光干涉测量技术可以用于测量物体的位移。
通过激光束的干涉效应可以实时地测量物体的位移，具有高精度、高灵敏度的特点，可以应用于位移传感、结构变形检测等领域。
三、激光干涉测量技术的技巧1. 技术参数的选择：在进行激光干涉测量时，需要根据被测对象的特点选择合适的激光波长、功率、光斑直径等参数。
不同的被测对象需要不同的技术参数来保证测量的准确性和稳定性。
2. 光路设计与调整：激光干涉测量技术中的光学系统是非常重要的，合理的光路设计和调整对于获得准确的测量结果至关重要。
要注意对光路的稳定性、光斑的均匀性、光束的聚焦等问题，以保证测量的精度和可靠性。
3. 干涉信号处理：激光干涉测量所得到的干涉信号含有丰富的信息，但也伴随着一定的噪声。
因此，在信号处理时需要注意对干涉信号进行滤波、放大、数字处理等操作，以提高信噪比和测量精度。
激光干涉测量技术
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只用一个角锥棱镜反射器作动镜还可以组成图(d)所示的 双光束干涉仪，它也是一种较理想的光路布局，基本上不 受镜座多余自由度的影响，而且光程增加一倍。 (2)整体式布局 这是一种将 多个光学元件结合在一起，构 成一坚固的组合结构的布局。 如右图所示，立方体分光器上 蒸镀了其他元件。整个系统对 外界的抗干扰性较好，抗动镜 多余自由度能力强，测量灵敏 度提高一倍。但这种布局调整 起来不方便，对光的吸收较严 重。 1.立方体分光器;2.移动反射镜
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(4)零光程差的结构布局 在干涉仪中，为使初始光程差 不随环境条件的变化而变化，常采用参考臂Lc和测量臂Lm相 等，并使两臂布置在仪器同一侧的结构形式。此时，干涉仪 的初始光程差Lm-Lc=0，即所谓的零光程差结构形式，如图所 示。这种结构布局可以提高干涉仪的测量精度。
(a)测量时测量光路光程增加；(b)测量时测量光路减小
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
纹的变化量，便可直接获得l或n，还可间接获得l或n有关
的各种被测信息。
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激光干涉测量长度和位移
二、测量系统组成
激光干涉测量仪的主要部分有：激光干涉仪系统、干涉条纹 计数和处理测量结果的电子系统及机械系统。 (一)干涉仪系统 干涉仪系统主要包括光源、分束器和反射器。 1.激光干涉仪常用光源 因为He-Ne激光器输出激光的频率和功率稳定性高，它以 连续激励的方式运转，在可见光和红外光区域里可产生多种波 长的激光谱线，所以，He-Ne激光器特别适合作相干光源； 2.干涉仪将一束光分为两束或几束的方法 (1)分波阵面法 激光器发出的光经准直扩束后，得到一平而 光波的波阵面。利用有微小夹角的两反射镜Ml和M2(菲涅尔双 面镜)的反射，将光波的波阵面分为两部分，然后使二者在屏幕 P相遇，在屏上出现明暗相间的干涉条纹，如下图(a)所示。 (2)分振幅法 把一束光分成两束以上的光束，它们全具有原 来波的波前，但振幅减小了。如迈克尔逊干涉仪。常用的分光 器有：平行平板分光器和立方体分光器．如下图(b)所示
激光干涉测量技术在航空制造业中的应用
激光干涉测量技术在航空制造业中的应用随着社会的不断进步，制造业的技术水平也日益提高。
在航空制造业中，激光干涉测量技术的应用越来越广泛。
本文将介绍激光干涉测量技术的基本原理及其在航空制造业中的应用。
一、激光干涉测量技术的基本原理激光干涉测量技术是一种基于干涉原理的测量方法。
所谓干涉，就是指光波相遇时发生的现象。
当两束光线相遇时，它们会相互干涉，形成明暗条纹或干涉环等干涉图样。
干涉条纹的间距与光波的波长和入射角度有关。
因此，可以通过测量干涉条纹的间距，计算出被测物体的尺寸和良好性等信息。
激光干涉测量技术具有高精度、高灵敏度、非接触式、实时性强等优点。
它可以用于测量不同类型的物体，包括平面、曲面、粗糙、透明和发光的材料。
因此，激光干涉测量技术被广泛应用于航空制造业中。
二、激光干涉测量技术在航空制造业中的应用1.飞机结构测量在飞机制造过程中，需要对重要部件进行尺寸测量，以确保其符合设计要求。
利用激光干涉测量技术可以高精度地测量飞机结构的尺寸和形态变化。
例如，在飞机机身结构的生产过程中，可以使用光干涉仪对铝板的平直度和曲率进行检测，以保证其符合质量标准。
同时，激光干涉测量技术还可以用于飞机振动测试，用于分析和管理飞机的结构健康状态。
2.飞机发动机组件测量发动机是飞机的重要组成部分，需要高精度地测量其每个组件，以确保发动机的高效运行。
在发动机组件制造过程中，可以利用激光干涉测量技术测量叶片的径向跳动量和其他尺寸参数。
同时，激光干涉测量技术还可以对发动机内部进行检测，在发动机运行过程中，可以对叶片和轴承进行实时监测，及时发现问题，确保飞机的安全运行。
3.飞机零部件形态检测在航空制造业中，许多零部件的形态检测需要高精度和高灵敏度，以确保其质量和良好性。
激光干涉测量技术对于形态检测具有天然的优势，可以非接触地，高精度地测量如变形、凹凸、缺陷等形态特征。
例如，在飞机飞行过程中，机翼会受到风压和惯性力的作用而产生一定的形变，因此需要对机翼的形态进行监测。
激光干涉仪测量原理及应用
激光干涉仪测量原理及应用激光干涉仪是一种基于干涉原理的精密测量仪器，广泛应用于科学研究、工业制造和医疗领域。
本文将介绍激光干涉仪的测量原理、测量对象以及应用领域。
一、测量原理激光干涉仪利用激光光束的干涉现象进行测量。
首先，通过激光发生器产生一个相干的激光束，然后将光束分为两束，其中一束通过参比光路径传播，另一束通过待测物体的表面反射。
两束光束重新合并后，通过干涉现象形成干涉条纹。
根据干涉条纹的变化，可以计算出待测物体的表面形态、位移或变形信息。
在激光干涉仪中，常用的测量原理有两条著名的分支：相位差法和长度差法。
1. 相位差法相位差法通过测量干涉条纹的相位差来确定待测物体的形态、位移或变形信息。
当待测物体发生形变或位移时，相位差会发生变化。
利用激光干涉仪测量相位差，并通过相位差与位移间的关系，可以获得待测物体的位移信息。
2. 长度差法长度差法通过测量干涉条纹的长度差来确定待测物体的形态、位移或变形信息。
待测物体的表面形态、位移或变形导致光程差的改变，进而影响干涉条纹的长度差。
通过测量长度差，并通过长度差与位移间的关系，可以获得待测物体的位移信息。
二、测量对象激光干涉仪广泛应用于各个领域的测量任务中，包括科学研究、工业制造和医疗领域。
1. 科学研究在科学研究领域，激光干涉仪常用于测量微小位移和形变。
例如，在光学领域，激光干涉仪可用于测量光学元件的表面形态和位移，以及光学系统的变形；在材料科学中，激光干涉仪可用于测量材料的热膨胀、压力变形等。
2. 工业制造在工业制造领域，激光干涉仪被广泛应用于检测和测量任务中。
例如，激光干涉仪可以用于检测零件的形状和尺寸，以确保制造过程的准确性和一致性。
此外，激光干涉仪还可以用于测量机械零部件的运动、振动和变形。
3. 医疗领域在医疗领域，激光干涉仪被应用于眼科手术和体内干涉成像。
在眼科手术中，激光干涉仪可以测量眼角膜的形态和厚度，以辅助眼科医生进行手术；在体内干涉成像中，激光干涉仪可以测量生物组织的纤维结构和表面形态，以帮助医生进行疾病诊断。
精度测量中的激光干涉仪技术研究
精度测量中的激光干涉仪技术研究近年来，随着科技的飞速发展，精度测量技术成为了科技领域中不可或缺的一部分。
在各种精密加工、制造等领域中，精度测量技术是必不可少的，而激光干涉仪作为其主要的测量方法之一，也在技术革新中不断探索和研究。
一、激光干涉仪测量原理激光干涉仪是利用激光干涉原理制作而成的测量仪器，它的基本构成有激光发生器、光路系统、光路分束、移相器、接收器、信号处理器等部分。
激光干涉仪主要是利用激光的相干性和干涉性来进行长度测量的。
在主干涉仪内部，一个激光束沿着光路传播，经过分束器将成为两个光束，分别经过反射镜反射后再回到分束器处。
当两束光在分束器处重新合并成一束光时，由于光程不相等所产生的相位差会引起干涉，干涉现象的形成会使得光强出现大大减弱的现象，即所谓干涉消失现象。
利用相移技术可以改变一个反射镜的位置，使光路多经过一个全波长，再次回到分束器时两束光的相位差已经改变，因此该干涉条纹会再次出现。
对于干涉条纹的位置、宽度、间距等参数的计算，就是精度测量的基础了。
而激光干涉仪测量精度高、可靠性好、适用范围广，因此被广泛应用于机械加工、制造、光电、电子等行业。
二、激光干涉仪技术研究与发展作为一种高精度的测量方式，激光干涉仪的相关技术一直是技术领域研究的重点。
近年来，该技术在精密制造领域中的应用也越来越广泛，取得了一系列令人瞩目的成果。
1.多通道激光干涉仪技术近年来，随着平行机床等精度要求较高的机械加工设备的出现，对激光干涉仪测量精度也提出了更高的要求。
此时单通道的激光干涉仪已不能满足测量需求，因而多通道激光干涉仪的出现成为了必然。
多通道激光干涉仪主要是利用多路激光光源同时发射出激光束，再将这些光束通过不同的光波导管引导到待测物体上进行干涉测量。
这种技术的优点在于，通过多通道测量获得的信息更加真实、全面，对复杂物体进行测量时更加准确、稳定。
2.激光干涉仪在微米级零件测量中的应用目前，激光干涉仪已成为微米级零部件精度测量的一种标准方法。
激光干涉测量技术
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。
第二章 激光干涉测量技术详解
§2.1 激光干涉测量长度和位移 一、干涉测长的基本原理
当
2
2
(n1l1 n2l2 ) 2k
合成干涉光光强最亮
合成干涉光光强最弱
当
(n1l1 n2l2 ) (2k 1)
把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标 反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉 条纹将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当 被测对象移动一段距离时，该条纹明暗变化一次，光电探测器 输出信号将变化一个周期，记录信号变化的周期数，便确定了 被测长度 所以激光干涉测量一般是: 1. 相对测量 2. 增量式测量 3. 中间过程不可忽略，要监视整个测量的过程
常用移相器种类 （1）机械法移相
通过倾斜参考镜形成等厚干涉条纹
（3）光学倍频 缺点： 调整困难，对光学元
件性能要求高，界面多导致光 能损失大，而且使光的偏振态 发生不应有的变化。
(二)干涉条纹计数与测量结果处理系统 1.移相器
干涉条纹计数的要求： 能够判断方向；为提高分辨率，需要对干涉条纹进行细分。
这样需要相位相差90度的两个电信号输出，即一个按光程正 弦变化，一个余弦变化
干涉光强
I A 2 AB cos B
2
2
光的相位与走过的光程有关：
A cos(t ) B cos(t 0 2
光程差
nl )
ni li n j l j
i 1 j 1
N
N
通过测量干涉条纹的变化量，可直接获得l或n，还可直接获 得与l和n有关的各种被测信息
菲涅耳双棱镜干涉装置
梅斯林干涉装置
特点：存在条纹亮度和条纹对比度之间的矛盾，一
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第2章 激光干涉测量技术
1 概要
2
激光干涉测量长度和位移 3 激光外差干涉测量技术 4 激光移相干涉测量技术 5 激光全息干涉测量技术 6 激光散斑干涉测量技术
7 激光光纤干涉测量技术
பைடு நூலகம்
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激光多波长干涉测量技术
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激光干涉测量长度和位移
干涉测长的基本原理
激光干涉仪是一种所谓“增量法”测长的仪器，它是把目标反射 镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标反射镜随被测 对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉条纹将发生明暗 交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当被测对象移动一定 距离时，该条纹明暗交替变化一次，光电探测器输出信号将变化 一个周期，记录信号变化的周期数，便确定了被测长度。 以迈克尔逊干涉仪为例。
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激光干涉测量长度和位移
干涉测长的基本原理 以迈克尔逊干涉仪为例，如图2.1所示。
测量结束时，目标反射镜M2 移过被测长度L后，处于M2’ 的位置。此时两光束的光程差 为： ∆2=2n(Lm+L-Lc)=2nL+∆1
在测量开始和结束这段时间里， 光程差的变化量 d∆=∆2-∆1=2nL 光程差每变化一个波长，干涉条 纹就明暗交替变化一次，则测量 过程中与d∆相对应的干涉条纹变 化次数为：K= d∆/λ0=2nL/λ0
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激光干涉测量长度和位移
干涉测长的基本原理 以迈克尔逊干涉仪为例，如图2.1所示。
测得干涉条纹的变化次数K之 后，即可由上式求得被测长度 L。在实际测量中，采用干涉 条纹计数法，测量开始时使计 数器置零，测量结束时计数器 的示值即为与被测长度L相对 应的条纹数K。
L=Kλ/2，式中， λ=λ0/n，是 激光光波在空气中的波长。
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激光干涉测量长度和位移
干涉测长的基本原理 以迈克尔逊干涉仪为例，如图2.1所示。
设在测量开始时，一束激光经 过分光器B分成两束，它们经 参考反射镜M1和目标反射镜 M2后沿原路返回，并在分光 点O处重新相遇，两束光的光 程差为： ∆1=2n(Lm-Lc)
式中，n为空气折射率；Lm为目 标反射镜M2到分光点O的距离； Lc为参考反射镜M1到分光点O的 距离。
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概要
显然，为发生干涉现象，必须利用同一发光原子发出的同一 波列分割出来的两束光波。原子不同时刻发出的两列波，位 相差无规则且频繁变化不会产生干涉。 两列光波发生干涉的最大光程差等于光波的波列长度，激光 波列长度比普通光源长很多（几十公里）。
在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信息。干 涉仪将光分成两路或多路，干涉条纹是两路光程差相同点联 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： ni,nj分别为干涉仪两支路的介质折射率；
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激光干涉测量长度和位移
干涉仪组成——(一)干涉仪光路系统
(3)激光干涉仪常用的反射器
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激光干涉测量长度和位移
干涉仪组成——(一)干涉仪光路系统
(2)激光干涉仪常用的分光方法
a. 分波阵面法；b. 分振幅法；c. 分偏振法
a. 分波阵面：激光器发出的光，经准直扩束后，得到一平面光波的 波阵面。利用有微小夹角的两反射镜M1和M2（菲涅耳双面镜）的 反射，将光波的波阵面分为两部分，然后使二者在屏幕P处相遇， 在屏上出现明暗相间的干涉条纹，如图2.2（a）所示。
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激光干涉测量长度和位移
干涉仪组成 一个完整的激光干涉仪主要组成部分有：激光干涉仪光路系统、 干涉条纹计数和处理测量结果的电子系统及机械系统。
(一)干涉仪光路系统 干涉仪光路系统主要包括光源、分束器和反射器。
(1)激光干涉仪常用的光源
因为He-Ne激光器输出激光的频率和功率稳定性高，它以连续激励 的方式运转，在可见光和红外光区域里可产生多种波长的激光谱线 。所以，He-Ne激光器特别适合于作相干光源。
其中，立方体分光器上可以蒸镀或胶合干涉仪的其他元件，组成整体 式干涉仪布局，它易与系统的机座牢固连接。
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激光干涉测量长度和位移
干涉仪组成——(一)干涉仪光路系统
(2)激光干涉仪常用的分光方法 a. 分波阵面法；b. 分振幅法；c. 分偏振法 。
c. 分偏振法：在偏振干涉仪系统 中需要采用偏振分光器，它由一 对玻璃棱镜相胶合而成，在其中 一块棱镜的胶合面上交替蒸镀氟 化镁和硫化锌镀层。入射光以布 儒斯特角进入介质层，经多次透 射和反射得到高偏振度的S分量反 射光和P分量的透射光。偏振分光 器也可以由晶轴正交的偏光棱镜 组成，如渥拉斯顿棱镜，如图2.2 （c）所示。
第2章 激光干涉测量技术
1 概要
2
激光干涉测量长度和位移 3 激光外差干涉测量技术 4 激光移相干涉测量技术 5 激光全息干涉测量技术 6 激光散斑干涉测量技术
7 激光光纤干涉测量技术
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激光多波长干涉测量技术
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概要
干涉测量是以光波干涉原理为基础来进行测量的一门技术。 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、振动等方面的测量。 常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪、菲索干 涉仪、塞曼-格林干涉仪、双频激光干涉仪、光纤干涉仪、扫描 隧道显微镜（82年），原子力显微镜（86年），从此开始了纳 米级干涉测量的时代——诺贝尔奖（Binning and Rohrer） 为使两列光波叠加后产生稳定的干涉条纹，这两列光波必须满 足三个基本相干条件：频率相同，振动方向相同和恒定的位相 差。
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激光干涉测量长度和位移
干涉仪组成——(一)干涉仪光路系统
(2)激光干涉仪常用的分光方法 a. 分波阵面法；b. 分振幅法；c. 分偏振法 b. 分振幅法：把一束光分成两束以上的光束，它们全具有原来波的 波前，但振幅变小了，如迈克耳逊干涉仪。常用的分光器有：平行 平板分光器和立方体分光器，如图2.2（b）所示。