光學干涉測量重點技術(shù)

1、光學干涉測量技術(shù)一干涉原理及雙頻激光干涉1、干涉測量技術(shù)干涉測量技術(shù)和干涉儀在光學測量中占有重要地位。干涉測量技術(shù)是以光波干涉原理為 基本進行測量的一門技術(shù)。相干光波在干涉場中產(chǎn)生亮、暗交替的干涉條紋，通過度析解決 干涉條紋獲取被測量的有關(guān)信息。當兩束光亮度滿足頻率相似，振動方向相似以及相位差恒定的條件，兩束光就會產(chǎn)生干 涉現(xiàn)象，在干涉場中任一點的合成光強為：I = 11 +12 + 2、,花 cos&式中 建兩束光達到某點的光程差。明暗干涉條紋浮現(xiàn)的條件如下。相長干涉（明）：1 = 1 m廣 112+2至，相消干涉（暗）：I = I = I +1 - 2 TT min 121 2 當把被測量

2、引入干涉儀的一支光路中，干涉儀的光程差則發(fā)生變化。通過測量干涉條紋 的變化量，即可以獲得與介質(zhì)折射率和幾何路程有關(guān)的多種物理量和幾何量。按光波分光的措施，干涉儀有分振幅式和分波陣面式兩類。按相干光束傳播途徑，干涉 儀可分為共程干涉和非共程干涉兩種。按用途又可將干涉儀分為兩類，一類是通過測量被測 面與參照原則波面產(chǎn)生的干涉條紋分布及其變形量，進而求得試樣表面微觀幾何形狀、場密 度分布和光學系統(tǒng)波像差等，即所謂靜態(tài)干涉；另一類是通過測量干涉場上指定點干涉條紋 的移動或光程差的變化量，進而求得試樣的尺寸大小、位移量等，即所謂動態(tài)干涉。下圖是通過度波面法和分振幅法獲得相干光的途徑示意圖。光學測量常用的

3、是分振幅式 等厚測量技術(shù)。圖般光源獲得相干光日勺途徑與一般光學成像測量技術(shù)相比，干涉測量具有大量程、高敏捷度、高精度等特點。干涉 測量應用范疇十分廣泛，可用于位移、長度、角度、面形、介質(zhì)折射率勺變化及振動等方面 勺測量。在測量技術(shù)中，常用勺干涉儀有邁克爾遜干涉儀（圖二、馬赫-澤德干涉儀、菲索 干涉儀、泰曼-格林干涉儀等；隨著激光技術(shù)勺浮現(xiàn)及其在干涉測量領(lǐng)域中應用，使干涉測 量技術(shù)在量程、辨別率、抗干涉能力、測量精度等方面有了明顯勺進步。70年代后來，抗環(huán) 境干擾勺外差干涉儀（交流干涉儀）發(fā)展迅速，如雙頻激光干涉儀等；近年來，光纖干涉儀勺 浮現(xiàn)使干涉儀構(gòu)造更加簡樸、緊湊，干涉儀性能也更加穩(wěn)定。從

4、光學零件勺質(zhì)量控制到光學 系統(tǒng)勺象質(zhì)評價，從典型勺光學技術(shù)到自適應光學工程，現(xiàn)代干涉測量技術(shù)勺應用領(lǐng)域不斷 擴展。另一方面，現(xiàn)代數(shù)字圖像解決技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)使干涉圖像判讀技術(shù)實 現(xiàn)了計算機實時自動判讀，大大提高了干涉測量勺精度和敏捷度。At圖二邁克爾遜干涉儀原理圖下面我們重要簡介干涉測量原理勺實際應用雙頻激光干涉儀，并簡樸簡介其工作原理以及其測量中具有日勺優(yōu)勢。2、干涉測:原理勺實際應用雙頻激光干涉儀2.1干涉儀：實現(xiàn)干涉測量勺儀器叫干涉儀。激光干涉儀是一種所謂增量法”測長勺儀 器，它是把目勺反射鏡與被測對象固聯(lián)，參照反射鏡固定不動，當目勺反射鏡隨被測對象移 動時，兩路光束勺光程差

5、即發(fā)生變化，干涉條紋也將發(fā)生明暗交替變化。若用光電探測器接 受，當被測對象移動一定距離時，條紋亮暗交替變化一次.光電探測器輸出信號將變化一種 周期，記錄下信號變化勺周期數(shù)，便擬定了被測長度。2.2單頻激光干涉儀：從激光器發(fā)出勺光束，經(jīng)擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別 從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋（其原理圖類似邁克爾 遜干涉儀原理圖）。當可動反射鏡移動時，干涉條紋勺光強變化由接受器中勺光電轉(zhuǎn)換元件 和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由相 應勺公式算出可動反射鏡勺位移量L。使用單頻激光干涉儀時，規(guī)定周邊大氣處在穩(wěn)定狀態(tài)，

6、多種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量成果。2.3雙頻激光干涉儀：雙頻激光干涉儀是在單頻激光干涉儀勺基本上發(fā)展勺一種外差式 干涉儀。和單頻激光干涉儀同樣，雙頻激光干涉儀也是一種以波長作為原則對被測長度進行 度量勺儀器。它可用于精密機床、大規(guī)模集成電路加工設備等勺在線在位測量、誤差修正和 控制。雙頻激光干涉儀采用外差干涉測量原理，克服了一般單頻干涉儀測量信號直流漂移勺 問題，具有信號噪聲小、抗環(huán)境干擾、容許光源多通道復用等諸多長處使得干涉測長技術(shù)能 真正用于實際生產(chǎn)。目前干涉儀產(chǎn)品大多為雙頻激光干涉儀。2.4雙頻激光干涉儀原理：圖三為雙頻激光干涉儀勺工作原理圖。單模氦氖激光器置 于縱向磁場中

7、，由于塞曼效應使輸出激光分裂為具有一定頻差（約12MHz ），旋 轉(zhuǎn)方向相反勺左右圓偏振光。雙頻激光干涉儀就是以這兩個具有不同頻率勺圓偏 振光作為光源勺。左右圓偏振光通過1/4破片后成為互相垂直勺線偏振光f、f （其中f垂直于紙面，f平行于紙面）。環(huán)形臧審擴束裱直暮分光微反射惟7TI7JS撮分光境 / TOC o 1-5 h z -r星岳匆 mitf*，4擢1怦攜啊制1/4波片偏摭片LJJW/K，fi fi Ji -Oj A /jf料技可逆比數(shù)歐字壯后圖三雙頻激光干涉儀的工作原理分光鏡使f 、f日勺部分光反射，另一部分光透射。反射光經(jīng)偏振片1后由左側(cè)日勺 光電探測器接受并經(jīng)前置放大整形電路解決，作為后續(xù)電路解決日勺基準信號。透射光通過偏 振分光鏡后使f 、 f分離，偏振方向平行于紙面勺/光透過偏正分光鏡到固定在被測122量物體上日勺可動反射鏡，當可動反射鏡隨被測量物體移動時，f產(chǎn)生光日勺多普勒效應，返 2回日勺頻率變?yōu)閒 土N，國為多普勒頻移量，它涉及了可動反射鏡日勺位移信息。返回勺f f 土國光在偏振分光鏡處再度匯合，經(jīng)反射鏡后由右側(cè)日勺光電探測器接受并經(jīng)前置放大 整形電路解決，作為系統(tǒng)日勺測量信號。下面是對兩處光電探測器處光強狀況勺討論:設左側(cè)光電探測器處兩