光学测量技术与应用第4章

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1、光通信工程研究中心光学测量技术与应用——激光衍射测量和莫尔条纹技术王峰2013/5/16光通信工程研究中心4.1激光衍射测量基本原理衍射现象:光波在传播过程中遇到障碍物时偏离直线传播，绕到障碍物的几何阴影区的现象。光的衍射现象是来自同一波前不同点的子波干涉的结果。菲涅耳衍射与夫琅和费衍射2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术2光通信工程研究中心4.1激光衍射测量基本原理S光源光源障碍物接收屏障碍物接收屏菲涅耳衍射：当光源和衍夫琅和费衍射：当光源和衍射射屏都离障碍物有限远时，屏都离障碍物无限远时，也称也称近场衍射。远场衍射。夫琅和费衍射计算简单，用处较多，以后

2、所讨论的均为此类衍射。2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术3光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量1.单缝衍射测量原理S光源观察屏狭缝2sin衍射强度分布为:II02b式中sin，是衍射角,I是衍射角0时的0衍射强度。2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术4光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量1.单缝衍射测量原理当,2,n时，衍射为暗条纹。1.00.80.6测定任一级暗条纹的位置或变0.4-1.431.43化就可以精确知道被测间隙b0.2-2.452.45

3、的尺寸及尺寸的变化。0.0-10-505102013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术5光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量2.单缝衍射测量的基本公式bsinkx第K级暗条纹sintankfbsinkxk：零级条纹中心到第K暗条纹的距离，f：透镜焦距xkfkbk或bfxk只要能精确地测出第K级暗条纹的x，就能计算k出狭缝宽度b。2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术6光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量3.单缝衍射测量方法与应用⑴间隙测量法与应用在已知波长条件下，测出

4、某级条纹的位置，即可计算出狭缝间隔。这种方法称作间隙法。当狭缝的尺寸微小变化b时，第K级暗条纹的位置将移动kfkf11bb'bkf()x'xx'xkkkkx,x'分别是第k个暗条纹在缝宽变化前和变化后到中央零级kk条纹中心的距离。2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术7光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量3.单缝衍射测量方法与应用也可以通过某一固定的衍射角来记录条纹的变化数目N，从而只要测定N的数目就能求出位移值。k'kbb'b(k'k)NsinsinsinsinN为条纹的变化数目2013/5

5、/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术8光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量应用：可用于测定各种物理量的变化，如应变、压力、温度、流量、加速度等。2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术9光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量3.单缝衍射测量方法与应用⑵分离间隙测量法与应用参考物和试件不在同一平面内2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术10光通信工程研究中心在P处出现暗条纹的条件1A'APAPA'PAP(A'APA'P)111111111111bsin(zzcos)k11121bsin

6、2zsin()k112在P处出现暗条纹的条件222bsin2zsin()k222xk1xk2k1Lzxk1k2Lzxk2sin1,sin2bLLx2Lx2Lk1k22013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术11光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量测量折射率变化L22P1bxk(zd)xkdxk111k1221Lz2(Lz)2n(Lz)F'1EDdb22bx(zd)xdxk2k2k2AB222k2CLz2(Lz)2n(Lz)P2z图4-7插入介质后分离间隙衍射测量原理2013/5/1

7、6光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术12光通信工程研究中心4.1.1单缝衍射测量3.单缝衍射测量方法与应用⑶互补测量法——基于巴俾涅原理光波照射两个互补屏（一个衍射屏的开孔部分正好与另一个衍射屏的不透明部分对应，反之亦然），所产生的衍射图样的形2222状和光强完全相同，kxf'xf'kkd仅相位差为。xsk测量漆包线和灯丝直径与质量2013/5/16光学测量技术与应用－激光衍射测量和莫尔条纹技术13光通信工程研究中心4.1.1单缝