光电测试技术-第5章-激光干涉测试技术(1／6)ppt课件.ppt

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1、光电测试技术哈尔滨工业大学第5章激光干涉测试技术概述由于科学技术的进步，干涉测量技术已经得到相当广泛的应用。一方面因为微电子、微机械、微光学和现代工业提出了愈来愈高的精度和更大量程的要求，其它方法难以胜任；另一方面因为当代干涉测量技术本身具有灵敏度高、量程大、可以适合恶劣环境、光波和米定义联系而容易溯源等特点，因而在现代工业中应用非常广泛。目前已经有许多著名厂家的成熟的干涉仪产品，覆盖了相当大的应用范围。但是，干涉仪毕竟不是简单的工具，仍有许多新的应用领域有待开发和研究。因此，需要更加深入的学习。2021/7/282概述现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。激光、光电探测

2、技术和信号处理技术对于干涉技术的发展起着重要的作用。历史进程：17世纪后半叶，玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹（后被称作牛顿环），人类从此开始注意到了干涉现象。1690年，惠更斯出版《论光》，提出“波动”说。1704年，牛顿出版《光学》，提出了“微粒”说。1801年，托马斯·杨(ThomasYoung)完成了著名的杨氏双缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。2021/7/283概述历史进程：1818年，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干涉，导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。1860年，麦克斯韦(C.Maxwell)的电磁

3、场理论为干涉技术奠定了坚实的理论基础。1881年，迈克尔逊(A.Michelson)设计了著名的干涉实验来测量“以太”漂移，导致“以太”说的破灭和相对论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米原器作比对，导致后来用光波长定义“米”。1900年，普朗克（MaxPlanck）提出辐射的量子理论，成为近代物理学的起点。2021/7/284概述历史进程：1905年，爱因斯坦（AlbertEinstein）提出相对论原理。1924年，LouisdeBroglie推导出deBroglie波方程，认为所有的运动粒子都具有相应的波长，为隧道显微镜、原子力显微镜的诞生做了理论准备。1960年，梅曼(

4、Maiman)研制成功第一台红宝石激光器，以及微电子技术和计算机技术的飞速发展，使光学干涉技术的发展进入了快速增长时期。1982年，G.Binning和H.Rohrer研制成功扫描隧道显微镜，1986年发明原子力显微镜，从此开始了干涉技术向纳米、亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。2021/7/285概述特点：具有更高的测试灵敏度和准确度；绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会对被测件带来表面损伤和附加误差；较大的量程范围；抗干扰能力强；操作方便；在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广泛应用。2021/7/286概述分类：干涉测试技术按光波分光方式按相干光束传播路径按用途分振幅

5、式分波阵面式共程干涉非共程干涉静态干涉动态干涉2021/7/287§5-1激光干涉测试技术基础1.1干涉原理与干涉条件1．干涉原理光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布为：位相差两光束到达某点的光程差满足的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。满足的光程差相同的点形成的暗线叫暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹。其中m是干涉条纹的干涉级次。2021/7/288§5-1激光干涉测试技术基础1.1干涉原理与干涉条件2．干涉条件通常能够产生干涉的两列光波必须满足三个基本相干条件：频率相同振动方向相同恒定的位相差在实际应用中，有时需要有意识地破坏上

6、述条件。比如在外差干涉测量技术中，在两束相干光波中引入一个小的频率差，引起干涉场中的干涉条纹不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场的位相差。静态稳定干涉场的条件2021/7/289§5-1激光干涉测试技术基础1.2影响干涉条纹对比度的因素干涉条纹对比度可定义为式中，Imax、Imin分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值，也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。当Imin=0时K＝1，对比度有最大值；而当Imax=Imin时K＝0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1。对目视干涉仪可以认为：当K＞0.75时，对比度就算是好的；而

7、当K＞0.5时，可以算是满意的；当K＝0.1时，条纹尚可辨认，但是已经相当困难的了。对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。2021/7/2810由此得最大干涉级m＝λ/Δλ，与此相应的尚能产生干涉条纹的两支相干光的最大光程差(或称光源的相干长度)为§5-1激光干涉测试技术基础1.2影响干涉条纹对比度的因素①光源的单色性与时间相干性如图，干涉场中实际见到的条纹是λ到λ＋Δλ中间所有波长的光干涉条纹叠加的结果。当λ＋Δλ的第m级亮纹与λ的第m+1级亮