光电检测技术 知识课件chapter7光电衍射检测技术 知识与系统.pptVIP

光电衍射检测技术与系统 文 侨 E-mail: wenqiao@szu.edu.cn 深圳大学光电工程学院334房间 《光电检测技术》课程 2 光经过矩形孔的衍射 光经过蜘蛛网上的衍射 光经过周期性表面反射时发生的衍射 由于衍射使得物体边缘变得模糊 光的衍射 3 指波在传播过程中，如果遇到了障碍物，波的传播 受到了限制时，能够偏离原来的直线传播方向，而进入几 何阴影区传播的现象。 生活中有关衍射现象有：水波的衍射、声波的衍射、电磁波的衍射等、当然也包括光的衍射现象。 衍射现象常被我们忽略的原因是：衍射现象只有在障 碍物的几何尺度与传播波的波长相当时才比较明显。 什么是衍射？ 狭缝（或障碍物）的宽度与波长相当，即孔或障碍物的尺寸小于等于波长时，衍射现象最为明显。 产生衍射的条件 4 波线上每一点视为新的波源（子波源），这些子波源发出子波，子波的包络面即为新的波前。 惠更斯原理： 惠更斯原理的局限性： （1）只能定性说明光的衍射现象 （2）不能说明振幅和相位的变化 （3）不能解释衍射的光强分布 （4）不能解释波为何不向后传播 衍射理论 5 菲涅尔 菲涅尔（Augustin-Jean Fresnel，1788-1827）法国物理学家和铁路工程师。1788年出生于布罗利耶，1806年毕业于巴黎工艺学院，1809年又毕业于巴黎路桥学院，并取得土木工程师文凭。1825年当选英国皇家学会会员。1827年因肺病逝世，终年仅39岁。 科学成就主要有两方面。 由于菲涅尔在物理光学研究中的杰出贡献，被誉为“物理光学的缔造者”。 菲涅尔（1788-1827） 一是衍射，惠更斯－菲涅耳原理。 二是偏振：发现了圆偏振光和椭圆偏振光，晶体光学的基础。 8 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 菲 涅 耳 衍 射 光源、屏与缝相距有限远 衍射的分类（续） b.按照光源与障碍物的距离及障碍物与观察屏的距离分为： 菲涅尔衍射、夫琅禾费衍射 9 衍射的分类（续） 10 夫琅和费衍射的计算比较简单，特别是对于简单形状孔径的衍射，通常能够以解析形式求出积分，并且夫琅和费衍射是光学仪器中最常见的衍射现象。激光衍射检测的基本原理是利用激光的夫琅和费衍射。 ①夫琅和费衍射实验装置 衍射检测技术基础——单缝衍射 11 ②单缝夫琅和费衍射强度分布 用振幅矢量法或衍射积分法都可以得到缝宽为b的单缝夫琅和费衍射光强分布表达式： 其中 衍射检测技术基础——单缝衍射（继） 单缝测量的基本公式 12 衍射检测技术基础——单缝衍射（继） 13 利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射可以实现测量，如下页图所示。 当被测物尺寸改变δb时，相当于狭缝尺寸b改变δb，衍射条纹的位置也随之改变： 衍射检测技术基础——单缝衍射（继） 14 a b L xk θ 激光 b) xk θ I0 L 观察屏 参考物 被测物 激光 b a) 衍射测量原理图 衍射检测技术基础——单缝衍射（继） 15 ④单缝衍射测量的分辨力、准确度和量程 测量分辨力—能分辨的最小量值： 测量合成标准不确定度： 测量量程一般为0.01~0.05mm。 He—Ne激光器波长稳定度一般优于10-6，这项误差可不予考虑。 一般情况下，L和xk的相对不确定度不超过0.1%。 取L=1m，λ=0.63μm，k=3，xk=10mm，可得到uc(b)=0.3μm。 实际测量中还包括环境因素的影响，衍射测量可达到的不确定度一般在0.5μm左右。 衍射检测技术基础——单缝衍射（继） 根据缝宽的测量公式： 16 当平面波照射到圆孔时，其远场夫琅和费衍射像是中心为圆形亮斑、外面绕着明暗相间的环行条纹—艾里斑： 衍射检测技术基础——圆孔衍射 17 圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布 衍射检测技术基础——圆孔衍射（继） 圆孔远场光强分布： 18 光电检测光学衍射系统 19 间隙测量法是基于单缝衍射原理。 a)比较测量 b）测量轮廓 c）测量应变 间隙测量法的应用 参考边 b 参考边 工件 激光 b 参考物 试件 b 激光 激光 P 间隙测量法 20 绝对法 分别是第k个暗条纹在缝宽变化前后距中央零级条纹中心的距离 增量法 是通过某一固定的衍射角来记录条纹的变化数目 间隙测量法 21 当 且 k 取整数时，出现一系列暗条纹。 反射衍射法是利用试件棱缘和反射镜构成的狭缝来进行衍射测量的。 反射衍射测量法 于是 22 i角一般是任意的，测得某一入射角