激光测量技术研究现状与发展趋势

授课教师：冯其波谢芳

学院：理学院

专业：光信息科学与技术

班级：光科0704班

姓名：杨涛 07272111 （组长）颜川力 07272110

杨一帆 07272112

戴瑞辰 07272094 （副组长）

赵晓军 07272117

激光测量技术研究现状与发展趋势

光科0704：杨涛戴瑞辰杨一帆颜川力赵晓军

提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后的发展方向。

Developing Situation of laser detection .In the field of photoelectric detection, there`ve been a long history of making a detection by using the principle of interference, diffraction and scattering of light. Interference field such as Tieman interferometer, Moire fringe, speckle and Holographic interferometry were designed one after another. Form then on, instead of measuring every physical quantity (displacement, temperature, pressure, velocity, refractive index) in turn, people measure the physical field entirely. After the development of laser, a number of detection methods (heterodyne, correlation, sample averaging, photon-counting) were invented, which lead to the improvement of the sensitivity and accuracy of the detection. People use the laser interferometer and Laser Displacement Transducer with key technologies of the laser detection to make nano-scaling non-contact measurement. It is clear that Super Precision Technology will raise to a new level according to the development of the High Precision laser detection; take which as the foundation, we advance the key technologies which belongs to the laser detection field, and also development direction of the field.

关键词：激光测量，扫描隧道显微镜，激光干涉仪，激光共焦测量技术

1 激光测量系统

激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度也提出了非常高的要求。

激光检测是一个涉及面广泛，应用又十分活跃的技术领域。它的检测目标包含十分

繁多的几何、物理参数。本文只能选择一些代表性的类别，偏重于实用化，尤其是工业应用方面，来介绍分析激光检测的发展与应用概况。选择了激光准直、导向}激光工业检测与控铷j激光测速，激光垒息检测等技术类别以及激光检测在汽乍工业中的应用特侧，着重于近十年的信息，进行概要的现状分析。

1、1激光非球面检测技术

长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子问的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置。根据扫描样品时探针偏离量或其它反馈量重建三维图像，就能间接获得样品表面的形貌图。AFM突破了扫描隧道显微镜(STM)只能够用于扫描不容易氧化的良导体样品的限制，可以扫描导体和绝缘体。AFM 具有多种扫描模式：接触扫描模式是原子力显微镜的基本工作模式；轻敲扫描模式(Tapping Mode)特别适用于检测生物样品及其它柔软、易碎、粘附性较强的样品。在光学系统中聚焦的激光束照射到试样表面，入射的激光束被表面反射并与由光源分离出的参考光束发生干涉，使光束发生频移，由干涉仪检测器检测出频移。从而测量试样振动位移，从检测出的超声波可判断试样内部缺陷和微结构。

Trokel公司几年前生产了一种计算机垒息圈检验非球面的干涉仪，其操作仅比球面检验稍难。国内也开展了相应的研究工作，也有一些产品。如上海光机所的数字显示激光平面干涉仪“)，能自动测量光学平面面形质量，快速，高精度。工作直径 1 50，精度x／70。

1.2激光全息检测

激光全息检铡是垒息领域中很有应用前途的一项技术。早在6O年代后半期就展现了应用的可能性。到8O年代有了突破，垒息检测也和整个垒息技术一起，开始从实验室走向工业。垒息无损检验系统在国外已有成熟产品。如New Port公司的HC·4000垒息系统就是专用于工件的实时无损检验的。

现在还出现了新型的标准化的组件式全息干涉仪，解决了垒息检测设备在结构、元器件方面的复杂性，为这项技术进八生产现场创造条件。如阿络一家全息系统咎司的组炸式~fA／2垒息分析仪“”，可用图象记录妊何物体的变形，精度忧于0．3微繁，采罱了氩离手激光器，用光纤输送激光柬，用快速照相在热塑材料上记录垒息图，{ j{]CCD摄象机传输到计算机使在线处理井显永。测试过程完全自动。逡一系统可用于汽车工业、航天和机床工业作变形应力和振动分析。在现代各种无损检验方法中，垒息术与一些传统方法，如超声、无线电等相比尚属年轻，但专家们认为螽息捡验很快会