白光干涉仪介绍课件

2 c
光程差小于相干
长度，才会产生 干涉条纹
光谱带 宽
条纹 可见 度
条纹可见度介于0至1 当可见度V大于0.2时才可辨别出条纹
条纹 可见 度
辐照度 I1 I2
可见度
时间相干性
条纹可见 度降低
提高
减少双光 束光程差 （=0）
对光源光 谱滤波
条纹 可见 度
空间相干性引起条纹可见度的退化
光源的空间滤波改善空间相干性
PBS
P透
偏振状态
S反
偏振分束器
机械 结构
整套测量设备由白光干涉垂直扫 描仪、气浮平台、控制箱和计算 机组成
干涉 仪原 理
光源
LED 点光 源
卤素灯
常见，但发热 量大，对系统 精度影响较大
LED
冷光源，可看 做点光源，比 较理想。
点光源
一个点向周围 空间均匀发光
扩散光源
干涉条纹的可 见度将降低
不同高度 的两个点
光强峰值 位置不同
峰值对应的 测量臂反映 高度差
核心内容 提取
白光干涉扫描技术
白光干涉是一种新型的表面形貌测量方法， 能实现对表面形貌的三维测量。它通过扫描 定位被测表面各点的最佳干涉位置得到表面 各点相对高度，重构表面三维轮廓，实现对 物体三维形貌的测量。
单色光干涉
双光束干涉原理图（迈克尔逊干涉仪）
无间隙 抗干扰
不发热
结构紧凑
衍射 光栅
衍射光栅干涉计量单元
电感式
计量PZT扫 描步距和 扫描位移
微位移计 量法
电容式
激光 干涉
位 移 传 感
器
衍射光
栅干涉
各传 感器 对比
电感和电容式 位移传感器
激光干涉位移 传感器
测量精度高
较大的测量范围、较高的 分辨率和测量精度
测量范围小，不适合 在垂直扫描白光干涉 测量系统中
通常结构复杂，对环 境要求较高
衍射光栅干涉 位移传感器
测量范围大，对使用环境 没有严格的要求，故可精 确计量PZT垂直进给
光路 图
干涉条纹仅出 现在有限空间
范围
作为干涉测量 仪器的基准
光程差为零 时光强最大
调整光程差， 确定位移量算 出各点相对高
度
显微 干涉 单元
垂直 扫描
距离高对应浅色区 距离低对应深色区
分波前 干涉法
空间不同两点的光波作干涉源实现干涉。由惠更斯 原理，空间任一闭合面都可作为次级波源，远处的 光波是次级波源光波的干涉叠加。
惠更斯 原理
波面上的每一点（面元）都 是一个次级球面波的子波源
概述
分振幅法
分振幅
当一束光投射到两种透明媒质的分界面上， 光能一部分反射，另一部分折射
实现方法
立方分束器、分光板、 薄膜分光镜、衍射光栅
静态干涉 通过测被测面与标准面干涉条纹分布及变形量求得试
样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差
动态干涉
通过测量干涉场上指定点的干涉条纹的移动或光程差 的变化量求得试样尺寸大小、位移量等
概述
分波前法
杨式双缝 wenku.baidu.com涉、双 孔干涉、 光栅干涉
波前 是指波的等相位面达到的空间
将一束光分成 不同比例的两 束光
单色
波双
干涉 方程
I (x, y) I1 I2 2 I1I2COS(1 2 )
I 是光强
是光波的相位
是测量光束与参 考光束的相位差
1 2 ,
0, 2
光程差 (1 2) 2
机械 结构
1.底座 2.照明光源 3.立柱 4.手轮 5.步进电机 6.压电陶瓷及柔性铰链 7.CCD 8.衍射光栅计量单元
用透镜将 光束耦合 到单模光
纤中
用显微物 镜将光束 聚焦到小
孔
点光源
D 1.22 NA NA nsin( )
条纹 可见 度
两束光同偏振状态时 条纹可见度达到最大
正交偏振的两束光不会产生干涉
条纹可见度由 cos() 决定
条纹 可见 度
相对光强度/振幅比
两束光强之比为1时，条纹可见度最大 V小于0.2时无法分辨
镜头
用物镜专 用的储存 盒
选择物镜的依据： 1、视场，确定测量的区域 2、光学分辨率，它能区分出的最小特征 3、倾斜度，它显示出怎样的曲面能够被测 量，特别是很粗的表面
白光 扫描 干涉
单色光干涉
白光 扫描 干涉
白光干涉
白光：光谱中包含整个可见光谱区域的光谱成分的光源 白光干涉时，各波长产生各自的干涉条纹
光程差为零，各波长零级条纹完全重合，光强最大
白光 扫描 干涉
白光与单色光对比
白光干涉的对比度随 光程差的增大而降低
寻找零光程差 位置的依据
工作时，干涉显微镜通过一个线性位置扫描器（常用PZT） 驱动以改变测量臂的长度，在扫描过程中记录每一个像素 点的光强值，由此可得到一系列的白光干涉光强值。
白光 扫描 干涉
干涉 条纹
光波的叠
加原理
相位
相长干涉 相消干涉
波动性
干涉 条纹
干涉条纹的数目与条纹图像取决于 采样平面与参考平面的相对倾角
最亮 点
对焦 最好
双光 束干 涉条 件
时间 相干 性
理想单色光源时间相
干性无穷大，意味着
一束光可相对于另一
束光通过不同的光程
进行延时仍发生干涉
时
光源
间
中心
相
波长
干 性
Lc
白光干涉仪 三维测量 非接触式 对任何工件均为无损测量
精度较低，分辨率为微米级 几何路径 国际和国家标准完善 测量速度较慢
精度高，分辨率可达纳米级 光学路径 标准尚不完善 测量速度快
概
述
干涉仪分类
按光波分光的 按相干光束传播路径 按用途分 方法
分振幅式 分波阵面式
共程干涉 非共程干涉
静态干涉 动态干涉
白光干涉仪介绍
汇报人： 学号： 时间：2015-11-13
目
录
概述
概述
光干涉技术---内容
概述
光干涉技术---特点
实时 性
概述
白光 干涉 仪的 发展
智能化 自动化
概述
干涉仪分 辨率由所 用光波长
决定
概述
接触式与非接触式测量仪对比
Stylus触针式 二维测量 接触式 对质地较软或脆性工件有损伤
I (x, y) I1 I2 2 I1I2COS(1 2 ) 光程差 (1 2) 2
相位差
光强分布符合余弦规律
半 反 射 膜
两束光经反射折射后，同时到达分光镜上面的干涉板
从扩展光源S发出的光射向平行平面透明薄板P1。P1的后表面镀有半 反射膜，这个半反射膜把S射来的光束，分成振幅近似相等的反射光1 和透射光2，故P1称为分束板。光束1射向平面镜M1；光束2透过补偿 板P2射向平面镜M2。M1和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反 射镜，二者与P1上的半反射膜之间夹角为450，所以，1、2两束光被M1 和M2反射后又回到P1的半反射膜上，再会集成一束光射向E。由于这 两束光来自光源上同一点，因而是相干光，眼睛从E处向M1方向望去 ，可以观察到干涉图样。P2是补偿板，它的作用是使1、2两光束在玻 璃中经过的光程完全相同，为了使其材料和厚度与P1完全相同，制作 时从同一块精密磨制的平板切开而成。P2、P1平行放置。
结构 单元
1.光学显微干涉单元 2.步进电机调焦单元 3.压电陶瓷扫描单元 4.衍射光栅计量单元 5.扫描控制和测量软 件
步进 电机 调焦 单元
步进电机
组 成
驱动光路
对焦 方式
自动对焦
CCD监视某像素点 的光强变化并进行 实时计算
手动对焦 慢 操作手轮观测条
纹的消失或出现
半自动对焦
PZT 扫描 单元