第4章激光干涉测试技术14295376.pptVIP

概述 历史进程： 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； 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。 分类： 另外还可以利用有关干涉图的接收和数据处理技 术计算出点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数等 综合光学象质评价指标。 §4-1 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： 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 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?到?＋??中间所有 波长的光干涉条纹叠加的结果。 当?＋??的第m级亮 纹与? 的第 m+1级亮纹重 合后，所有亮纹开始重合 ，而在此之前则是彼此分 开的。因此尚能分辨干涉 条纹的限度为: ② 光源大小与空间相干性 干涉图样照度在很大程度上取决于光源的尺寸，而光 源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响: 由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源尺寸，其干涉图样都有很好的对比度。 杨氏干涉实验只在限制狭缝宽度的情况下，才能看清干涉图样。 由楔形板产生的等厚干涉图样，则是介于以上两种情况之间。 ③ 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I2= nI1，则有： 当n = 1时，有： 1.3 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。这类干涉仪称为非共程干涉仪. 若参考光路和测试光路经过同一光路，这类干涉仪称为共程干涉仪。其特点有： 共程干涉仪大致可分为两类： 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。 1.4 干涉条纹的分析与波面恢复 在静态干涉系统中，干涉测量的关键是获得清晰稳 定的干涉条纹图样，然后对其进行分析、处理和判读计 算，以获得有关的被测量的信息。 ① 波面偏差的表示 波面偏差为： ②被测波面的恢复 要正确求出被测波面轮廓，首先需要判断干涉条纹 图零级条纹位置和被测波面相对于标准波面的凸凹情况. 1）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。 3）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: 1.5 提高分辨力的方法和干涉条纹的信号处理 ① 光程差放大(光学倍频)技术 ② 光学相位细分技术 提高干涉仪分辨力，还可利用干涉条纹的相位细分技 术。可把干涉条纹每变化一个级次，看作相位变化了360° 。从一个干涉条纹变化中得到多个计数脉冲的技术称为相 位细分技术。 相位细分的方法有机械相位细分、阶梯板相位细分、 翼形板相位细分、金属膜相位细分和分偏振法相位细分等. ④ 干涉条纹计数与判向 §4-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术 概述： 光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统的 检验中获得广泛应用。 在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量中 ，斐索型干涉测量法与在光学车间广泛应用的牛顿型 干涉测量法(样板法或牛顿型干涉法)相比，属于非接 触测量。 §4-2 激光斐索(Fizeau)型干涉测试技术 接触测量存在以下问题： 1、标准样板与被测表面必须十分清洁； 2、清洁工作多拿在手中擦试，由于体温的影响，影响 测试准确度； 3、样板有一定重量压在被测表面上，必然会产生一定 的变形，尤其是对大平面零件。 斐索型干涉测量法中由于样板和被测表面间距较 大，必须用单色光源，一般采用激光光源。 2.1 激光斐索型平面干涉测量 1、激光斐索型平面干涉仪的基本光路和原理 ③ 激光斐索平面干涉仪用于测量平行平板平行度 1）测量原理 设干涉场的口径为D，条纹数目为m，长度D两端 对应的厚度分别为h1和h2，则有： 则平板玻璃的平行度为 当干涉场内的干涉条纹数 m