光电测试技术-第5章 激光干涉测试技术(2／6)
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§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。
2.2 斐索型球面干涉仪
必须仔细调整被测球面，
①激光斐索型球面干涉仪基本使原被理测球面的球心C与C0
精确重合。
激光器
标准物镜组 标准参考面 被测镜
C,C0 O
位置Ⅰ 位置Ⅱ C,C0
CCD相机
位置Ⅱ 位置Ⅰ
激光斐索型球面干涉仪光路图
2020/7/18
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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
§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
▪ 接触测量存在以下问题： ➢ ①标准样板与被测表面必须十分清洁； ➢ ②清洁工作多拿在手中擦试，由于体温的影响，影响 测试准确度； ➢ ③样板有一定重量压在被测表面上，必然会产生一定 的变形，尤其是对大平面零件。
▪ 斐索型干涉测量法中由于样板和被测表面间距较大，必 须用单色光源，一般采用激光光源。
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第5章 激光干涉测试技术
计算§例5：-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
若 若h取2＝.f1‘5＝m激5m0光0，m斐λm＝索，5型4则6平.d1面<n5m干m，m涉则。测θ量<17‘。
光电测试技术
第5章 激光干涉测试技术
哈尔滨工业大学
§5-2 激光斐索(Fizeau)型 干涉测试技术
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
▪ 光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统的检验中 获得广泛应用。
▪ 在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量中，斐索 型干涉测量法与在光学车间广泛应用的牛顿型干涉测量 法（样板法或牛顿型干涉法）相比，属于非接触测量。
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2
①激光斐索型平面干涉仪的基本光路和原理
3
②影响测试准确度的因素 ➢ 1）光源大小和空间相干性
2
4h
d f'
2h
➢ 2）光源的单色性和时间相干性。
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7 M1参考平面 M2被测平面
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
➢ 当标准平板口径大于200mm时，其加工和检验都很困难。 ➢ 为了保证参考平面面形精度：
✓ 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 ➢ 3）杂散光的影响。 ➢ 消除该杂散光的主要措施是：
✓ 将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反 射回来的光线不能进入干涉场；
✓ 同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂， 也能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响；
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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
▪ 1）测量原理 ▪ 设干涉场的口径为D，条纹数
目为m，长度D两端对应的厚 度分别为h1和h2，有
h1
θ
h2
2n(h2 h1) m
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素 ➢ 3）杂散光的影响。 ➢ 平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面都会
反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于激光的相干 性能非常好，这些杂散光叠加到干涉场上会产生寄生条 纹和背景光，影响条纹的对比度。
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第5章 激光干涉测试技术
璃，n = 1.5147，λ＝632.8nm，当 0.72"时就测量不
出来了。
▪ 另一方面，当干涉场中的条纹数目太密时，无法或比较 困难分辨条纹，也无法进行测量。假设用人眼来识别条 纹，一般人眼的分辨能力为0.33mm，当n = 1.5147， λ
＝632.8nm时，容易算出 max 131" 2'
➢ ①宽度D的测量不确定度； ➢ ②干涉条纹数m计数的不确定度－影响最大； ➢ ③折射率n的测量不确定度。
▪ 激光斐索型平面干涉仪测量平板玻璃平行度的标准不确
定度约为 0.2" 。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fiz注ea意u：)型干涉测试技术
为了获得需要的干涉条纹，
百度文库
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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
▪
uc ( )
um 2 uD 2 un 2 m D n
▪ 由上式可见，在的测量中引起误差的主要因素是：
✓ 整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。
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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。
➢ 标准参考平板参考面M1在干涉仪中是作为测量基准用的， 主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。
▪ 则平板玻璃的平行度为
h2 h1 m
D 2nD
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(rad)
D
测试平板玻璃平行度图示
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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
▪ 2）测试范围的讨论
▪ 容易想象，当干涉场内的干涉条纹数m<1时，该方法就 不能测量其平行度。例如对直径D＝60mm的被测平板玻
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。
2.2 斐索型球面干涉仪
必须仔细调整被测球面，
①激光斐索型球面干涉仪基本使原被理测球面的球心C与C0
精确重合。
激光器
标准物镜组 标准参考面 被测镜
C,C0 O
位置Ⅰ 位置Ⅱ C,C0
CCD相机
位置Ⅱ 位置Ⅰ
激光斐索型球面干涉仪光路图
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第5章 激光干涉测试技术
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§5-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
▪ 接触测量存在以下问题： ➢ ①标准样板与被测表面必须十分清洁； ➢ ②清洁工作多拿在手中擦试，由于体温的影响，影响 测试准确度； ➢ ③样板有一定重量压在被测表面上，必然会产生一定 的变形，尤其是对大平面零件。
▪ 斐索型干涉测量法中由于样板和被测表面间距较大，必 须用单色光源，一般采用激光光源。
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第5章 激光干涉测试技术
计算§例5：-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术
若 若h取2＝.f1‘5＝m激5m0光0，m斐λm＝索，5型4则6平.d1面<n5m干m，m涉则。测θ量<17‘。
光电测试技术
第5章 激光干涉测试技术
哈尔滨工业大学
§5-2 激光斐索(Fizeau)型 干涉测试技术
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
▪ 光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统的检验中 获得广泛应用。
▪ 在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量中，斐索 型干涉测量法与在光学车间广泛应用的牛顿型干涉测量 法（样板法或牛顿型干涉法）相比，属于非接触测量。
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①激光斐索型平面干涉仪的基本光路和原理
3
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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4h
d f'
2h
➢ 2）光源的单色性和时间相干性。
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7 M1参考平面 M2被测平面
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
➢ 当标准平板口径大于200mm时，其加工和检验都很困难。 ➢ 为了保证参考平面面形精度：
✓ 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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§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 ➢ 3）杂散光的影响。 ➢ 消除该杂散光的主要措施是：
✓ 将标准参考平板做成楔形板，以使标准平板上表面反 射回来的光线不能进入干涉场；
✓ 同样，将被测件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂， 也能消除或减小被测件下表面产生的杂散光影响；
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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
▪ 1）测量原理 ▪ 设干涉场的口径为D，条纹数
目为m，长度D两端对应的厚 度分别为h1和h2，有
h1
θ
h2
2n(h2 h1) m
2.1 激光斐索型平面干涉测量 ②影响测试准确度的因素 ➢ 3）杂散光的影响。 ➢ 平行光在标准参考平板的上表面和被测件的下表面都会
反射一部分光而形成非期望的杂散光。由于激光的相干 性能非常好，这些杂散光叠加到干涉场上会产生寄生条 纹和背景光，影响条纹的对比度。
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第5章 激光干涉测试技术
璃，n = 1.5147，λ＝632.8nm，当 0.72"时就测量不
出来了。
▪ 另一方面，当干涉场中的条纹数目太密时，无法或比较 困难分辨条纹，也无法进行测量。假设用人眼来识别条 纹，一般人眼的分辨能力为0.33mm，当n = 1.5147， λ
＝632.8nm时，容易算出 max 131" 2'
➢ ①宽度D的测量不确定度； ➢ ②干涉条纹数m计数的不确定度－影响最大； ➢ ③折射率n的测量不确定度。
▪ 激光斐索型平面干涉仪测量平板玻璃平行度的标准不确
定度约为 0.2" 。
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第5章 激光干涉测试技术
§5-2 激光斐索(Fiz注ea意u：)型干涉测试技术
为了获得需要的干涉条纹，
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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
▪
uc ( )
um 2 uD 2 un 2 m D n
▪ 由上式可见，在的测量中引起误差的主要因素是：
✓ 整个系统的所有光学面上均应镀增透膜。
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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。
➢ 标准参考平板参考面M1在干涉仪中是作为测量基准用的， 主要要求是：面形误差小；口径必须大于被测件。
▪ 则平板玻璃的平行度为
h2 h1 m
D 2nD
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(rad)
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测试平板玻璃平行度图示
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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
▪ 2）测试范围的讨论
▪ 容易想象，当干涉场内的干涉条纹数m<1时，该方法就 不能测量其平行度。例如对直径D＝60mm的被测平板玻