干涉测量技术

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1、第二章干涉测试技术第1节概述一光干涉的基本理论E=Eexp{i(k⋅r−ωt−δ)}(1)11E=Eexp{i(k⋅r−ωt−δ)}(2)222***I=E=E⋅E=(E+E)⋅(E+E)(1)(2)(1)(2)22=E+E+2E⋅Ecosθ1212=I+I+2IIcosθ1212其中θ=k⋅r−k⋅r+(δ−δ)1212极大值条件θ=(k−k)⋅r+(δ−δ)=2mπ1212极小值条件θ=(k−k)⋅r+(δ−δ)=(2m+1)π1212简化并写为标量式结果为极大值条件L−L=±mλ21λ极小值条件L−L

2、=±(2m+1)212产生干涉的必要条件1叠加光波的频率相同2两叠加光波的有分析相同的振动分量3两叠加光波的相位差恒定方法1分波前法2分振幅法a分波前法干涉b分振幅法干涉分波前双光束干涉装置a杨氏实验bRayleigh干涉仪cFresnel双面镜干涉装置dLoyd反射镜干涉装置eFresnel双棱镜干涉装置fMichelson测星干涉仪g干涉装置Meslin各种分振幅双光束干涉装置a平行平板干涉装置bFizeau干涉仪cJamin干涉仪dMach-Zehnder干涉仪eMicheshon干涉仪f双折射干涉仪

3、g衍射光栅干涉仪影响干涉条纹对比度的因素1光源大小的影响光源的临界宽度空间相干性2光源的单色性相干长度时间相干性3两相干光振幅不等激光干涉仪的建立a分波阵面式光学干涉系统b分振幅光学干涉系统c偏振式分振幅光学干涉系统主要部件光源激光器分光单元反射镜调制器1光源激光器高亮度方向性单色性和时间相干性HeNe激光不稳频相对不确定度一般不会优于106稳频方法兰姆凹陷稳频热稳频等2分光单元1-玻璃平板2-平行平板3-Koester棱镜4-镀膜偏振分光棱镜5-Glan-Taylor棱镜6-Wollaston棱镜7-Ro

4、chon棱镜8-Savart板9-光纤定向耦合器10-波导耦合器11-光栅12-声光器件3反射器1-平面反射镜2-直角棱镜3-角隅棱镜4-三种“猫眼”系统5-固定反射镜和直角棱镜组合系统6-特伦逆向反射系统6第2节长度位移精密测量用干涉仪一激光干涉仪单频激光干涉仪1-单纵模稳频激光器2-分光镜34-反射镜56-光电探测器单频激光干涉仪测长系统的工作原理图将参考正弦信号移相2两相信号然后进行四倍频辨向计数单频激光干涉仪判向技术系统干涉仪细分方法1电子细分法提供电子细分信号的光路a并联式b串连式电阻链细分结构2

5、光学倍程法3分部调相法分部调相法光学系统4锁相跟踪法AD变换细分法旋转波片细分法概率统计细分法应用实例一激光量块干涉检定仪结构特点1激光测长系统2白光定位3折射率修正激光量块干涉仪光学系统白光条纹光电信号3折射率对光波长的影响及修正由于空气折射率的影响光在空气中的波长λ0λ=ana式中λ光在真空中的波长n空气折射率0aEdlen公式−2−1−2−1−8(n−1)=[8342.13+2406030(130−σ)+15997(38.9−σ)]×10s(n−1)×0.00138823ps(n−1)=tp(1+0.

6、003671t)−2−8n=n−f(5.7224−0.0457σ)×10tpftp(n−1)=[1+0.540(x−0.0003)](n−1)xs−1式中σ=λ0称为真空中的波数λ0单位为μm下标s为标准状态规定p101325P760mmHgt15°CaCO含量x0.03的干燥空气f为湿度单位P2af=e′−133.3(t−t′)/21式中t´为湿温度值e´为饱和蒸汽压t为干温度值可1查有关表格修正方法1直接计算2折射率干涉仪3双多波长补偿法折射率干涉仪应用实例二线纹尺干涉比长仪线纹尺干涉比长仪结构简图线纹

7、尺干涉比长仪的光电显微镜瞄准光电显微镜光学系统和双管信号合成图动态光电显微镜电路逻辑方框图激光振动校准系统振动光电信号的傅立叶分解激光外差干涉仪单频激光干涉仪的光强信号及光电检测器转换后的电信号都是直流量还可称为零差干涉仪直流干涉仪直流漂移是形成测量误差的重要原因信号处理仔细分都比较困难采用双频光源的外差干涉仪使光电信号均成为交流量不仅克服了上述单项频干频仪的漂移问题而且使细分变得容易显著提高了抗干扰性能利用外差原理实现各类实用的干涉测量仪器双频激光干涉仪外差干涉仪外差测振仪等各类精密测量仪器国产双频激光干

8、涉仪机械部成都工具所HP公司双频激光干涉仪HP5528AHP公司双频激光干涉仪数显箱HP5528A1.外差干涉测长原理Mff激光器f1ff1BSP1MPBSf1PD1DSS光在进入偏振分光镜前均应转换为振动方向正交的两线偏振光分别以EE表示12E=Ecosωt11E=Ecosωt22EE被偏振分镜分开E进入测量臂E进和参考臂1212由两角隅棱镜反射在偏振分光镜会合成为E=Ecos(ωt+ϕ)111E=Ecos(ω