《激光干涉测量技术》PPT课件

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1、激光干涉测量技术干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到长足发展。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、介质折射率的变化及振动等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年代以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速，如双频激光干涉仪等；近年来，光

2、纤干涉仪的出现使干涉仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信息，其原理是将光分成两路，干涉条纹是两路光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。激光干涉测量

3、长度和位移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，两路光束的光程差即发生变化，干涉条纹也将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收，当被测对象移动一定距离时，条纹亮暗交替变化一次．光电探测器输出信号将变化一个周期，记录下信号变化的周期数，便确定了被测长度。以迈克尔逊干涉仪为例，设在测量开始时，一束激光经分光器B被分成两束，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，两束光的光程差式中n为空气的折射

4、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。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迈克尔逊干涉仪测长示意图在测量开始和结束这段时间里，光程差的变化量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式中，λ0为激光光波中心波长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

5、数K。可把上式改写为式中，λ=λ0／n，λ是激光光波在空气中的波长。激光干涉测长仪的主要结构激光光源：它一般是采用单模的He-Ne(同位素)气体激光器，输出的是波长为0.6328微米的红光。为提高光源的单色性，对激光器要采取稳频措施；迈克尔逊干涉仪：由它来产生干涉条纹；（核心部件）可移动平台：它携带着迈克尔逊干涉仪的一块反射镜和待测物体一起沿入射光方向平移。由于它的平移，使干涉仪中的干涉条纹移动；光电计数器：其作用是对干涉条纹的移动进行计数；显示和记录装置：其作用是显示和记录光电计数器中记下的干涉条纹移动

6、的个数或与之对应的长度；光电显微镜：作用是对准待测物体，分别给出起始信号和终止信号；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

7、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)所示二、测量系统组成(a)分波阵面法；(b)分振幅法(c)分偏振法(3)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

8、和硫化锌膜层。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分量透射光。偏振分光器也可由晶轴正交的偏光棱镜组成，如渥拉斯顿棱镜，如上图(c)所示。3.干涉仪中常用的反射器(1)平面反射器偏转将产生附加的光程差，在采用多次反射以提高测量精度的系统或长光程干涉仪中，此项误差不可忽略；(2)角锥棱镜反射器如下图(a)所示，它具有抗偏摆和俯仰的性能，可以消除偏转带来的误差，是干涉仪中常用的器件。(3)直角