第6章-激光干涉测试技术-光电测试技术(第2版)-[电子教案]课件.ppt

《第6章-激光干涉测试技术-光电测试技术(第2版)-[电子教案]课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章-激光干涉测试技术-光电测试技术(第2版)-[电子教案]课件.ppt（97页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光电测试技术光电测试技术 第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术4/10/20231第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术概述概述 由于科学技术的进步，干涉测量技术已经得到相当广泛由于科学技术的进步，干涉测量技术已经得到相当广泛由于科学技术的进步，干涉测量技术已经得到相当广泛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、微光学和现代工的应用。一方面因为微电子、微机械、微光学和现代工的应用。一方面因为微电子、微机械、微光学和现代工的应用。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

2、更大量程的要求，其它方法业提出了愈来愈高的精度和更大量程的要求，其它方法业提出了愈来愈高的精度和更大量程的要求，其它方法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难以胜任；另一方面因为当代干涉测量技术本身具有灵难以胜任；另一方面因为当代干涉测量技术本身具有灵难以胜任；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、光波和米定义联敏度高、量程大、可以适合恶劣环境、光波和米定义联敏度高、量程大、可以适合恶劣环境、光波和米定义联敏度高、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

3、。系而容易溯源等特点，因而在现代工业中应用非常广泛。系而容易溯源等特点，因而在现代工业中应用非常广泛。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，覆盖了目前已经有许多著名厂家的成熟的干涉仪产品，覆盖了目前已经有许多著名厂家的成熟的干涉仪产品，覆盖了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，相当大的应用范围。但是，干涉仪毕竟不是简单的工具，相当大的应用范围。但是，干涉仪毕竟不是简单的工具，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，需要更仍有许多

4、新的应用领域有待开发和研究。因此，需要更仍有许多新的应用领域有待开发和研究。因此，需要更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。加深入的学习。加深入的学习。加深入的学习。4/10/20232第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术概述概述 现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。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、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发展激光、光电探测技术和信号处理技术对于干

5、涉技术的发展激光、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发展激光、光电探测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。起着重要的作用。起着重要的作用。起着重要的作用。历史进程：历史进程：历史进程：历史进程：17171717世纪后半叶世纪后半叶世纪后半叶世纪后半叶，玻意耳，玻意耳，玻意耳，玻意耳(Boyle)(Boyle)(Boyle)(Boyle)和胡克和胡克和胡克和胡克(Hooke)(Hooke)(Hooke)(Hooke)独立地观察独立地观察独立地观察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），了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹（后被称作牛顿环），了两块玻璃板接触

6、时出现的彩色条纹（后被称作牛顿环），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。人类从此开始注意到了干涉现象。人类从此开始注意到了干涉现象。人类从此开始注意到了干涉现象。1690169016901690年年年年，惠更斯出版论光，提出，惠更斯出版论光，提出，惠更斯出版论光，提出，惠更斯出版论光，提出“波动波动波动波动”说。说。说。说。1704170417041704年年年年，牛顿出版光学，提出了，牛顿出版光学，提出了，牛顿出版光学，提出了，牛顿出版光学，提出了“微粒微粒微粒微粒”说。说。说。说。1801180118011801年年年年，托马斯，托马斯，托马斯

7、，托马斯杨杨杨杨(Thomas Young)(Thomas Young)(Thomas Young)(Thomas Young)完成了著名的杨氏双完成了著名的杨氏双完成了著名的杨氏双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。缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。4/10/20233第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术概述概述 历史进程：历史进程：历史进程：历史进程：1818181818181818年年年年，阿喇果和菲涅尔

8、发现两个正交的偏振光不能干涉，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干涉，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干涉，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。导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。1860186018601860年年年年，麦克斯韦，麦克斯韦，麦克斯韦，麦克斯韦(C.Maxwell)(C.Maxwell)(C.Maxwell)(C.Maxwell)的电磁场理论为干涉技术的电磁场理论为干涉技术的电磁场理论为干涉技术的电磁场理论为干涉技术奠定了坚实的理论基础。奠定了坚实的理论基础。奠

9、定了坚实的理论基础。奠定了坚实的理论基础。1881188118811881年年年年，迈克尔逊，迈克尔逊，迈克尔逊，迈克尔逊(A.Michelson)(A.Michelson)(A.Michelson)(A.Michelson)设计了著名的干涉实验设计了著名的干涉实验设计了著名的干涉实验设计了著名的干涉实验来测量来测量来测量来测量“以太以太以太以太”漂移，导致漂移，导致漂移，导致漂移，导致“以太以太以太以太”说的破灭和相对论的说的破灭和相对论的说的破灭和相对论的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，诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米原器作比对，诞生。他还首次

10、用干涉仪以镉红谱线与国际米原器作比对，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导致后来用光波长定义导致后来用光波长定义导致后来用光波长定义“米米米米”。1900190019001900年年年年，普朗克（，普朗克（，普朗克（，普朗克（Max PlanckMax PlanckMax PlanckMax Planck）提出辐射的量子理论，成）提出辐射的量子理论，成）提出辐射的量子理论，成）提出辐射的量子理论，成为近代物理学的起点。为近代物理学的起点。为近代物理学的起点。为近代物理学的起点。4/10/20234第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激

11、光干涉测试技术激光干涉测试技术第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术概述概述 特点：特点：特点：特点：具有更高的测试灵敏度和准确度；具有更高的测试灵敏度和准确度；具有更高的测试灵敏度和准确度；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，不会对被测件绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会对被测件绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会对被测件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；带来表面损伤和附加误差；带来表面损伤和附加误差；带来表面损伤和附加误差；较大的量程范围；较大的量程范围；较大的量程范围

12、；较大的量程范围；抗干扰能力强；抗干扰能力强；抗干扰能力强；抗干扰能力强；操作方便；操作方便；操作方便；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在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广泛应用。泛应用。泛应用。泛应用。4/10/20236第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术概述概述 分类：分类：分类：分类：干涉测试技术干涉测试技术干涉测试技术干涉测试技术按光波按光波按光波按光波分光方式分光方式分光方式分光方式按相干光束按相干光束按

13、相干光束按相干光束传播路径传播路径传播路径传播路径按用途按用途按用途按用途分分分分振振振振幅幅幅幅式式式式分分分分波波波波阵阵阵阵面面面面式式式式共共共共程程程程干干干干涉涉涉涉非非非非共共共共程程程程干干干干涉涉涉涉静静静静态态态态干干干干涉涉涉涉动动动动态态态态干干干干涉涉涉涉4/10/20237第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.1 1.1 1.1 1.1 干涉原理与干涉条件干涉原理与干涉条件干涉原理与干涉条件干涉原理与干涉条件 1 1 1 1干涉原理干涉原理干涉原理干涉原理 光干涉

14、的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两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束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布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：为：为：为：位相差位相差位相差位相差两光束到达两光束到达两光束到达两光束到达某点的光程某点的光程某点的光程某点的光程差差差差 满足满足满足满足的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。的光程差

15、相同的点形成的亮线叫亮纹。的光程差相同的点形成的亮线叫亮纹。满足满足满足满足 的光程差相同的点形成的暗线叫的光程差相同的点形成的暗线叫的光程差相同的点形成的暗线叫的光程差相同的点形成的暗线叫暗纹，亮纹和暗纹组成暗纹，亮纹和暗纹组成暗纹，亮纹和暗纹组成暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹干涉条纹干涉条纹干涉条纹。其中其中其中其中m m m m是干涉条纹的干涉级次。是干涉条纹的干涉级次。是干涉条纹的干涉级次。是干涉条纹的干涉级次。4/10/20238第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测

16、试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.2 1.2 1.2 1.2 影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素 干涉条纹对比度可定义为干涉条纹对比度可定义为干涉条纹对比度可定义为干涉条纹对比度可定义为 式式式式中中中中，I I I Imaxmaxmaxmax、I I I Iminminminmin 分分分分别别别别为为为为静静静静态态态态干干干干涉涉涉涉场场场场中中中中光光光光强强强强的的的的最最最最大大大大值值值值和和和和最最最最小小小小值值值值，也也也也可可可可以以以以理理理理解解解解为为为为动动动动态

17、态态态干干干干涉涉涉涉场场场场中中中中某某某某点点点点的的的的光光光光强强强强最最最最大大大大值值值值和和和和最小值。最小值。最小值。最小值。当当当当 I I I Iminminminmin =0 0 0 0时时时时K K K K1 1 1 1，对对对对比比比比度度度度有有有有最最最最大大大大值值值值；而而而而当当当当 I I I Imaxmaxmaxmax=I I I Iminminminmin时时时时K K K K0 0 0 0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1

18、 1 1 1。对对对对目目目目视视视视干干干干涉涉涉涉仪仪仪仪可可可可以以以以认认认认为为为为：当当当当K K K K0.750.750.750.75时时时时，对对对对比比比比度度度度就就就就算算算算是是是是好好好好的的的的；而而而而当当当当K K K K0.50.50.50.5时时时时，可可可可以以以以算算算算是是是是满满满满意意意意的的的的；当当当当K K K K0.10.10.10.1时时时时，条条条条纹尚可辨认，但是已经相当困难的了。纹尚可辨认，但是已经相当困难的了。纹尚可辨认，但是已经相当困难的了。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。对动

19、态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。4/10/202310第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术n n由由由由此此此此得得得得最最最最大大大大干干干干涉涉涉涉级级级级m m m m/，与与与与此此此此相相相相应应应应的的的的尚尚尚尚能能能能产产产产生生生生干干干干涉涉涉涉条纹的两支相干光的最大光程差条纹的两支相干光的最大光程差条纹的两支相干光的最大光程差条纹的两支相干光的最大光程差(或称光源的相干长度或称光源的相干长度或称光源的相干长度或称

20、光源的相干长度)为为为为4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.2 1.2 1.2 1.2 影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素光源的单色性与时间相干性光源的单色性与时间相干性光源的单色性与时间相干性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如图，干涉场中实际见到的条纹是如图，干涉场中实际见到的条纹是如图，干涉场中实际见到的条纹是到到到到 中间所中间所中间所中间所有波长的光干涉条纹叠加的结果。有波长的光干涉条纹叠加的结果。有波长的光干涉条纹叠加的结果。有波长的光干涉条纹叠加的结果。当当当当 的第的第的第的第m

21、 m m m级亮级亮级亮级亮 纹与纹与纹与纹与的第的第的第的第m m m m+1+1+1+1级亮纹重级亮纹重级亮纹重级亮纹重 合后，所有亮纹开始重合后，所有亮纹开始重合后，所有亮纹开始重合后，所有亮纹开始重 合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉条纹的合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉条纹的合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉条纹的合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干涉条纹的限度为限度为限度为限度为 图4-1 各种波长干涉条纹的叠加+在波动光学中，把光通过相干在波动光学中，把光通过相干在波动光学中，把光通过相干在波动光学中，把光通过相干长度所需要的时间称为长度所需

22、要的时间称为长度所需要的时间称为长度所需要的时间称为相干时相干时相干时相干时间间间间，其实质就是可以产生干涉，其实质就是可以产生干涉，其实质就是可以产生干涉，其实质就是可以产生干涉的波列持续时间，（其对应产的波列持续时间，（其对应产的波列持续时间，（其对应产的波列持续时间，（其对应产生干涉的两列波的光程差）。生干涉的两列波的光程差）。生干涉的两列波的光程差）。生干涉的两列波的光程差）。因此，因此，因此，因此，激光光源的时间相干性激光光源的时间相干性激光光源的时间相干性激光光源的时间相干性比普通光源好得多，比普通光源好得多，比普通光源好得多，比普通光源好得多，一般在激一般在激一般在激一般在激光干

23、涉仪的设计和使用时不用光干涉仪的设计和使用时不用光干涉仪的设计和使用时不用光干涉仪的设计和使用时不用考虑其时间相干性。考虑其时间相干性。考虑其时间相干性。考虑其时间相干性。4/10/202311第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.2 1.2 1.2 1.2 影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素相干光束光强不等和杂散光的影响相干光束光强不等和杂

24、散光的影响相干光束光强不等和杂散光的影响相干光束光强不等和杂散光的影响 设两支相干光的光强为设两支相干光的光强为设两支相干光的光强为设两支相干光的光强为I I I I2 2 2 2=nInInInI1 1 1 1，则有，则有，则有，则有图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系可见，可见，可见，可见，没有必要追求两支没有必要追求两支没有必要追求两支没有必要追求两支相干光束的光强严格相等。相干光束的光强严格相等。相干光束的光强严格相等。相干光束的光强严格相等。尤其在其中一支光束光强尤其在其中一支光束光强尤其在其中一支光束光强尤其在其中一支光束光强很小的情况下，人为降低很小的情况下，人为降低很小的

25、情况下，人为降低很小的情况下，人为降低另一支光束的光强，甚至另一支光束的光强，甚至另一支光束的光强，甚至另一支光束的光强，甚至是有害的。因为这会导致是有害的。因为这会导致是有害的。因为这会导致是有害的。因为这会导致不适当地降低干涉图样的不适当地降低干涉图样的不适当地降低干涉图样的不适当地降低干涉图样的照度，从而提升了人眼的照度，从而提升了人眼的照度，从而提升了人眼的照度，从而提升了人眼的对比度灵敏阈值，不利于对比度灵敏阈值，不利于对比度灵敏阈值，不利于对比度灵敏阈值，不利于目视观测。目视观测。目视观测。目视观测。非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。非期望的杂散光进入干涉场，会严重影

26、响条纹对比度。设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 ，则，则于是于是于是于是4/10/202313第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.2 1.2 1.2 1.2 影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素影响干涉条纹对比度的因素 小结：小结：小结：小结：对于所有类型的干涉仪，干涉条纹图样对比度降低的普遍对于所有类型的干涉仪，干涉条纹图样

27、对比度降低的普遍对于所有类型的干涉仪，干涉条纹图样对比度降低的普遍对于所有类型的干涉仪，干涉条纹图样对比度降低的普遍原因是：原因是：原因是：原因是：光源的时间相干性；光源的时间相干性；光源的时间相干性；光源的时间相干性；光源的空间相干性；光源的空间相干性；光源的空间相干性；光源的空间相干性；相干光束的光强不等；相干光束的光强不等；相干光束的光强不等；相干光束的光强不等；杂散光的存在；杂散光的存在；杂散光的存在；杂散光的存在；各光束的偏振状态差异；各光束的偏振状态差异；各光束的偏振状态差异；各光束的偏振状态差异；振动、空气扰动、干涉仪结构的刚性不足等。振动、空气扰动、干涉仪结构的刚性不足等。振动

28、、空气扰动、干涉仪结构的刚性不足等。振动、空气扰动、干涉仪结构的刚性不足等。4/10/202315第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.3 1.3 共程干涉和非共程干涉共程干涉和非共程干涉 在普通干涉仪中，由于参考光束和测试光束沿着分开的光在普通干涉仪中，由于参考光束和测试光束沿着分开的光路行进，故这两束光受机械振动和温度起伏等外界条件的路行进，故这两束光受机械振动和温度起伏等外界条件的影响是不同的。因此，在干涉测量过程中，必须严格限定影响是不同的。因此，在干涉测量过程中，必须严格限定测量条

29、件，采取适当的保护措施，否则干涉场上的干涉条测量条件，采取适当的保护措施，否则干涉场上的干涉条纹是不稳定的，因而不能进行精确的测量。这类干涉仪，纹是不稳定的，因而不能进行精确的测量。这类干涉仪，称为称为非共程干涉仪非共程干涉仪。若参考光路和测试光路经过同一光路，这类干涉仪称为若参考光路和测试光路经过同一光路，这类干涉仪称为共共程干涉仪程干涉仪。其。其 共程干涉仪大致可分为共程干涉仪大致可分为 共程干涉仪常常借助于部分散射面、双折射晶体、半反射共程干涉仪常常借助于部分散射面、双折射晶体、半反射面或衍射实现分束。面或衍射实现分束。特点：特点：特点：特点：抗环境干扰；抗环境干扰；抗环境干扰；抗环境干

30、扰；在产生参考光束时，通常不需要尺在产生参考光束时，通常不需要尺在产生参考光束时，通常不需要尺在产生参考光束时，通常不需要尺寸等于或大于被测光学系统通光口径寸等于或大于被测光学系统通光口径寸等于或大于被测光学系统通光口径寸等于或大于被测光学系统通光口径的光学标准件；的光学标准件；的光学标准件；的光学标准件；在视场中心两支光束的光程差一般在视场中心两支光束的光程差一般在视场中心两支光束的光程差一般在视场中心两支光束的光程差一般为零，因此可以使用白光光源。为零，因此可以使用白光光源。为零，因此可以使用白光光源。为零，因此可以使用白光光源。特点有：特点有：特点有：特点有：使参考光束只通过被检光学系统

31、使参考光束只通过被检光学系统使参考光束只通过被检光学系统使参考光束只通过被检光学系统的小部分区域，因而不受系统像差的小部分区域，因而不受系统像差的小部分区域，因而不受系统像差的小部分区域，因而不受系统像差的影响，当此参考光束和经过该光的影响，当此参考光束和经过该光的影响，当此参考光束和经过该光的影响，当此参考光束和经过该光学系统全孔径的检验光束相干时，学系统全孔径的检验光束相干时，学系统全孔径的检验光束相干时，学系统全孔径的检验光束相干时，就可直观地获得系统的缺陷信息。就可直观地获得系统的缺陷信息。就可直观地获得系统的缺陷信息。就可直观地获得系统的缺陷信息。如如如如散射板干涉仪、点衍射干涉仪散

32、射板干涉仪、点衍射干涉仪散射板干涉仪、点衍射干涉仪散射板干涉仪、点衍射干涉仪等。等。等。等。大多数的共程干涉仪中，参考光大多数的共程干涉仪中，参考光大多数的共程干涉仪中，参考光大多数的共程干涉仪中，参考光束和测试光束都受像差的影响，干束和测试光束都受像差的影响，干束和测试光束都受像差的影响，干束和测试光束都受像差的影响，干涉是由一支光束相对于另一支光束涉是由一支光束相对于另一支光束涉是由一支光束相对于另一支光束涉是由一支光束相对于另一支光束错位产生的。这时，得到的信息不错位产生的。这时，得到的信息不错位产生的。这时，得到的信息不错位产生的。这时，得到的信息不是直观的，需要作某些计算才能确是直观

33、的，需要作某些计算才能确是直观的，需要作某些计算才能确是直观的，需要作某些计算才能确定被测波面形状，如各种类型的定被测波面形状，如各种类型的定被测波面形状，如各种类型的定被测波面形状，如各种类型的剪剪剪剪切干涉仪切干涉仪切干涉仪切干涉仪。两类：两类：两类：两类：4/10/202316第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.4 1.4 1.4 1.4 干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹

34、的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复波面偏差的表示波面偏差的表示波面偏差的表示波面偏差的表示 波面偏差的指标：波面偏差的指标：波面偏差的指标：波面偏差的指标：1 1）峰谷偏差）峰谷偏差）峰谷偏差）峰谷偏差E EPVPV 。被测波面相对于参考波面峰值与谷值之差。被测波面相对于参考波面峰值与谷值之差。被测波面相对于参考波面峰值与谷值之差。被测波面相对于参考波面峰值与谷值之差。2 2）最大偏差）最大偏差）最大偏差）最大偏差E Emaxmax。被测波面与参考波面的最大偏差值。被测波面与参考波面的最大偏差值。被测波面与参考波面的最大偏差值。被测波面与参考波面的最大偏差值。3 3）均方根偏差）均方根偏

35、差）均方根偏差）均方根偏差E ERMSRMS。被测波面相对于参考波面的各点偏差值的被测波面相对于参考波面的各点偏差值的被测波面相对于参考波面的各点偏差值的被测波面相对于参考波面的各点偏差值的均方根值，可由下式表示均方根值，可由下式表示均方根值，可由下式表示均方根值，可由下式表示4/10/202318第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.4 1.4 1.4 1.4 干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复被测波面的恢复被测波面的恢复被测波

36、面的恢复被测波面的恢复 要正确求出被测波面的轮廓，首先要判断干涉条纹图的零要正确求出被测波面的轮廓，首先要判断干涉条纹图的零要正确求出被测波面的轮廓，首先要判断干涉条纹图的零要正确求出被测波面的轮廓，首先要判断干涉条纹图的零级条纹位置和被测波面相对于标准波面的凸凹情况。级条纹位置和被测波面相对于标准波面的凸凹情况。级条纹位置和被测波面相对于标准波面的凸凹情况。级条纹位置和被测波面相对于标准波面的凸凹情况。1 1 1 1）零级条纹的判断。）零级条纹的判断。）零级条纹的判断。）零级条纹的判断。使产生干涉的两波面间的光程差减小，则条纹移动的方向使产生干涉的两波面间的光程差减小，则条纹移动的方向使产生

37、干涉的两波面间的光程差减小，则条纹移动的方向使产生干涉的两波面间的光程差减小，则条纹移动的方向是离开零级条纹的方向；反之，则干涉条纹朝着零级条纹是离开零级条纹的方向；反之，则干涉条纹朝着零级条纹是离开零级条纹的方向；反之，则干涉条纹朝着零级条纹是离开零级条纹的方向；反之，则干涉条纹朝着零级条纹的方向移动。的方向移动。的方向移动。的方向移动。4/10/202319第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.4 1.4 1.4 1.4 干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波

38、面恢复干涉条纹的分析与波面恢复被测波面的恢复被测波面的恢复被测波面的恢复被测波面的恢复 2 2）凸凹面的判断。如果移动）凸凹面的判断。如果移动）凸凹面的判断。如果移动）凸凹面的判断。如果移动WW2 2，减小波面，减小波面，减小波面，减小波面WW1 1与与与与WW2 2间的间的间的间的光程差，条纹移动的方向与弯曲方向相同，则被测表面为光程差，条纹移动的方向与弯曲方向相同，则被测表面为光程差，条纹移动的方向与弯曲方向相同，则被测表面为光程差，条纹移动的方向与弯曲方向相同，则被测表面为凸起的凸起的凸起的凸起的(工厂通称为工厂通称为工厂通称为工厂通称为“高光圈高光圈高光圈高光圈”)”)；反之，则被测表

39、面为；反之，则被测表面为；反之，则被测表面为；反之，则被测表面为凹陷的凹陷的凹陷的凹陷的(工厂通称为工厂通称为工厂通称为工厂通称为“低光圈低光圈低光圈低光圈”)”)。凸起凸起凸起凸起高光圈高光圈高光圈高光圈减小程差减小程差减小程差减小程差移动、移动、移动、移动、弯曲同向弯曲同向弯曲同向弯曲同向WW1 1WW2 2WW2 2WW1 1条纹移条纹移条纹移条纹移动方向动方向动方向动方向a)a)c)c)WW1 1WW2 2WW2 2WW1 1条纹移条纹移条纹移条纹移动方向动方向动方向动方向b)b)d)d)图图图图4-8 4-8 4-8 4-8 被测波面凸凹的判断被测波面凸凹的判断被测波面凸凹的判断被测

40、波面凸凹的判断4/10/202320第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.4 1.4 1.4 1.4 干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复干涉条纹的分析与波面恢复 3 3 3 3）求被测波面轮廓。）求被测波面轮廓。）求被测波面轮廓。）求被测波面轮廓。若采用图解法求旋转对称波面与倾斜平面波相干涉得到的若采用图解法求旋转对称波面与倾斜平面波相干涉得到的若采用图解法求旋转对称波面与倾斜平面波相干涉得到的若采用图解法求旋转对称波面与倾斜平面波相干涉得到的干涉图样，

41、只需求出通过干涉图中心与平面波倾斜方向相干涉图样，只需求出通过干涉图中心与平面波倾斜方向相干涉图样，只需求出通过干涉图中心与平面波倾斜方向相干涉图样，只需求出通过干涉图中心与平面波倾斜方向相同的截面上的波面轮廓就可以了。其步骤如下同的截面上的波面轮廓就可以了。其步骤如下同的截面上的波面轮廓就可以了。其步骤如下同的截面上的波面轮廓就可以了。其步骤如下 ：y yB BA A 图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 由干涉图恢复波面轮廓由干涉图恢复波面轮廓由干涉图恢复波面轮廓由干涉图恢复波面轮廓x x首先在干涉图上作截面首先在干涉图上作截面首先在干涉图上作截面首先在干涉图上作截面ABAB，然后确定干

42、涉条，然后确定干涉条，然后确定干涉条，然后确定干涉条纹零级的位置。如本例中零级条纹在干涉图左纹零级的位置。如本例中零级条纹在干涉图左纹零级的位置。如本例中零级条纹在干涉图左纹零级的位置。如本例中零级条纹在干涉图左边，且干涉级从左往右递增边，且干涉级从左往右递增边，且干涉级从左往右递增边，且干涉级从左往右递增 。x xWWF FE E0 0 x xWW在干涉图的上（下）方作若干条等间距的与截在干涉图的上（下）方作若干条等间距的与截在干涉图的上（下）方作若干条等间距的与截在干涉图的上（下）方作若干条等间距的与截面面面面ABAB相平行的直线，相邻两平行线间距表示光相平行的直线，相邻两平行线间距表示光

43、相平行的直线，相邻两平行线间距表示光相平行的直线，相邻两平行线间距表示光程差为程差为程差为程差为 （n n为干涉仪的通道数）的变化量。为干涉仪的通道数）的变化量。为干涉仪的通道数）的变化量。为干涉仪的通道数）的变化量。将干涉条纹与截面将干涉条纹与截面将干涉条纹与截面将干涉条纹与截面ABAB相交的各点垂直引直线相交的各点垂直引直线相交的各点垂直引直线相交的各点垂直引直线到平行线上，从左至右依次到与各对应平行线到平行线上，从左至右依次到与各对应平行线到平行线上，从左至右依次到与各对应平行线到平行线上，从左至右依次到与各对应平行线相交，然后把这些点连成曲线。相交，然后把这些点连成曲线。相交，然后把这

44、些点连成曲线。相交，然后把这些点连成曲线。为了得到真实的波面轮廓，把倾斜因子减去。为了得到真实的波面轮廓，把倾斜因子减去。为了得到真实的波面轮廓，把倾斜因子减去。为了得到真实的波面轮廓，把倾斜因子减去。4/10/202321第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.5 1.5 提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理光学倍频技术光学倍频技术 分辨力分辨力图图图图4-10 4-10 光学倍频原理图示光学倍频原理图示光学倍频原理图示光学倍频原理图示B BMM1 1MM

45、2 2MM3 3a)a)B BMM1 1MM3 3MM2 2MM4 4a/Ka/Kb)b)4/10/202322第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.5 1.5 1.5 1.5 提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理处理电路细分方法处理电路细分方法处理电路细分方法处理电路细分方法 电路细分方法有多种

46、，如四细分辨向、计算机软件细分、电路细分方法有多种，如四细分辨向、计算机软件细分、电路细分方法有多种，如四细分辨向、计算机软件细分、电路细分方法有多种，如四细分辨向、计算机软件细分、鉴相法细分等。鉴相法细分等。鉴相法细分等。鉴相法细分等。综合来看，鉴相法细分的不确定度最小，使用灵活、方便、综合来看，鉴相法细分的不确定度最小，使用灵活、方便、综合来看，鉴相法细分的不确定度最小，使用灵活、方便、综合来看，鉴相法细分的不确定度最小，使用灵活、方便、集成度高，适合于激光干涉信号的细分。其输出的是模拟集成度高，适合于激光干涉信号的细分。其输出的是模拟集成度高，适合于激光干涉信号的细分。其输出的是模拟集成

47、度高，适合于激光干涉信号的细分。其输出的是模拟信号，分辨率高达信号，分辨率高达信号，分辨率高达信号，分辨率高达2/10002/10002/10002/1000，但是鉴相范围较小，但是鉴相范围较小，但是鉴相范围较小，但是鉴相范围较小(2)(2)(2)(2)。4/10/202324第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.5 1.5 1.5 1.5 提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理 干涉条

48、纹计数与判向干涉条纹计数与判向干涉条纹计数与判向干涉条纹计数与判向干干干干涉涉涉涉条条条条纹纹纹纹移移移移相相相相系系系系统统统统光电接收器光电接收器光电接收器光电接收器放大器放大器放大器放大器倒相器倒相器倒相器倒相器(sin(sin)微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路(sin(sin)(-sin)(-sin)光电接收器光电接收器光电接收器光电接收器放大器放大器放大器放大器倒相器倒相器倒相器倒相器(cos)(cos)微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路微分电路(-cos)(-cos)(cos)(cos)可可可可 逆逆逆逆 计计计计 数数数数 器

49、器器器计计计计 算算算算 机机机机图图图图4-134-134-134-13条纹移动判向计数原理框图条纹移动判向计数原理框图条纹移动判向计数原理框图条纹移动判向计数原理框图4/10/202325第四章第四章第四章第四章 激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术激光干涉测试技术4-1 激光干涉测试技术基础激光干涉测试技术基础1.5 1.5 1.5 1.5 提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理 干涉条纹计数与判向干涉条纹计数与判向干涉条纹计数与判向干涉条纹计数与判向sinsin cos

50、cos0 00 0(sin(sin)(-(-sin)sin)(cos(cos)(-(-cos)cos)(sin(sin)(-(-sin)sin)(cos(cos)(-(-cos)cos)(-(-cos)cos)(cos(cos)(-(-cos)cos)(cos(cos)(cos)(cos)超前超前超前超前(cos)(cos)滞后滞后滞后滞后1 12 23 34 43 34 4干涉条纹计数判向电路波形干涉条纹计数判向电路波形干涉条纹计数判向电路波形干涉条纹计数判向电路波形当当当当coscoscoscos信号信号信号信号超前时超前时超前时超前时（设为正向）：（设为正向）：（设为正向）：（设为正向）