干涉測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

干涉測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)姚紅權(quán)

干涉測(cè)量技術(shù)是以光波干涉原理為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量的一門技術(shù)。20世紀(jì)60年代以來，由于激光的出現(xiàn)、隔振條件的改善及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，使干涉測(cè)量技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。

干涉測(cè)量技術(shù)大都是非接觸測(cè)量，而且是以光波長(zhǎng)為計(jì)量單位的，具有很高的測(cè)量靈敏度和精度，理論可以達(dá)到10-7m。干涉測(cè)量應(yīng)用范圍十分廣泛，可用于位移、長(zhǎng)度、角度、面形、介質(zhì)折射率的變化及振動(dòng)等方面的測(cè)量。在測(cè)量技術(shù)中，常用的干涉儀有邁克爾遜干涉儀、馬赫-澤德干涉儀、菲索干涉儀、泰曼-格林干涉儀等；70年代以后，抗環(huán)境干擾的外差干涉儀(交流干涉儀)發(fā)展迅速，如雙頻激光干涉儀等；近年來，光纖干涉儀的出現(xiàn)使干涉儀結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊，干涉儀性能也更加穩(wěn)定。

一、干涉現(xiàn)象1、定義光波服從波的疊加原理，在兩個(gè)（或多個(gè)）光波疊加的區(qū)域，某些點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱，該區(qū)域內(nèi)在觀察時(shí)間里形成穩(wěn)定的光強(qiáng)強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象稱為光的干涉現(xiàn)象。2、光波的疊加其中：小貼士2:3、形成穩(wěn)定干涉條件：1、疊加光波的頻率相同2、兩疊加光波有方向相同的振動(dòng)分量3、兩疊加光波的有恒定的相位差4、相干光：定義：滿足干涉條件的光波稱為相干光波。獲得方式：相干光的產(chǎn)生分波前法等傾干涉分振幅薄膜干涉等厚干涉多光束干涉邁克爾遜干涉儀pSpS

二、經(jīng)典干涉實(shí)驗(yàn)1、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)p·xDdr1r2ox1Ix0x

-1xxx縫平面觀察屏S1S2楊氏雙縫干涉亮條紋暗條紋2、邁克爾遜干涉儀

簡(jiǎn)介：邁克爾遜干涉儀是光學(xué)干涉儀中最常見的一種，也是最早出現(xiàn)的一款以光波干涉原理設(shè)計(jì)出來的光學(xué)計(jì)量?jī)x器，其發(fā)明者是美國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜。邁克耳遜干涉儀的原理是典型的分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉的儀器。其基本原理是一束入射光分為兩束后各自被對(duì)應(yīng)的平面鏡反射回來，這兩束光從而能夠發(fā)生干涉。干涉中兩束光的不同光程可以通過調(diào)節(jié)干涉臂長(zhǎng)度以及改變介質(zhì)的折射率來實(shí)現(xiàn)，從而能夠形成不同的干涉圖樣。目前邁克爾遜干涉儀仍被廣泛地用于長(zhǎng)度精密計(jì)量和光學(xué)平面的質(zhì)量檢驗(yàn)及高分辨率的光譜分析中。三、邁克爾遜干涉儀3、邁克爾遜干涉儀原理圖從光源S發(fā)出的光，經(jīng)過450角放置的平行平面玻璃分束板G的半反射面時(shí)，一部分光被反射，一部分光被透射，分成了強(qiáng)度大致相等、并相互垂直的兩束光。它們分別又從全反射鏡M1和M2上反射回到G1，這兩束光再次經(jīng)G1的反射和透射后，當(dāng)我們上下移動(dòng)M1時(shí)可以清晰地在觀察屏上看到隨著M1位置變化而變化的干涉儀圖案。

4、邁克爾遜干涉儀

5、等厚干涉與等傾干涉等厚干涉等厚干涉是由平行光入射到厚度變化均勻、折射率均勻的薄膜上、下表面而形成的干涉條紋．薄膜厚度相同的地方形成同條干涉條紋，故稱等厚干涉．牛頓環(huán)和楔形平板干涉都屬等厚干涉．

等傾干涉一束平行光經(jīng)過平行平板的上、下表面的反射和折射后，在透鏡后焦面相遇產(chǎn)生干涉。

三、干涉測(cè)量原理事例

在干涉現(xiàn)象中，不論是何種干涉，相鄰條紋之間的程差改變都等于相干光波波長(zhǎng)，所以通過對(duì)條紋數(shù)目或條紋變化的計(jì)算，可以獲得以光波波長(zhǎng)為單位的對(duì)程差的計(jì)量，如折射率已知，則得到以波長(zhǎng)為單位的長(zhǎng)度值；若已知長(zhǎng)度，可得微小折射率差；同樣長(zhǎng)度已波長(zhǎng)為單位時(shí)，可以精密測(cè)量微小角度或角度差。總之，干涉測(cè)量就是利用干涉條紋形狀、數(shù)量、間距的變化可以做精密