激光测量技术第二章激光干涉测量技术..ppt

第二章 激光干涉测量技术 本章主要内容: 背景知识概述（重点） 第一节 干涉测量长度和位移（重点） 第二节 小角度测量仪(合并第一节) 第三节 外差干涉测量技术（重点） 第四节 激光全息干涉测量技术 第五节 激光散斑干涉测量技术 第六节 激光光纤干涉测量技术 第七节 激光多波长干涉测长技木 一、背景知识概述 1、 激光干涉的条件 频率相同 相位差初始恒定 振动方向相同（非正交） 小于波列长度（Δτ≤1/Δυ） 2、干涉数学表达式： 三角表示法 设： 两路激光分别为 一、背景知识概述 则合成有： 一、背景知识概述 光的相位与走过的光程nl有关： 一、背景知识概述 上两种推导过程的结论： 合成干涉光的光程是两路光的光程差的余弦函数 当 合成干涉光光强最大, 光越亮 当 合成干涉光光强最小, 光越暗 一、背景知识概述 应用 光强调制 I∝cosΔ 测量臂差 测量明暗变化次数,可测量臂差 测量折射率 L均固定, 只有一处折射率变化 传感器 通过物理量引起n或者L的变化,测出其变化,再经过处理,反演出物理量的变化 第一节 干涉测量长度和位移 一、基本原理 n均固定/已知, 一路光的光程固定, 由下公式可知,即测量位移和长度 §2.1 一、基本原理 以Michelson干涉仪为例: 当M2-M1’时 §2.1 一、基本原理 讨论: 温场不均匀会有什么影响? G2的作用是什么? L0, Lr不等长会有什么影响? 干涉仪的测量精度能否大于半波长? 明暗变化的实质是什么? 一干涉测量系统的基本组成由哪些？ §2.1 一、基本原理 干涉仪的测量精度的保证 是什么？ 震动会带来什么影响？ E输出光强分布，何为 理想？ §2.1 二、系统的组成 干涉测量系统的一般组成： 激光干涉系统 条纹计数计数和处理结果的电子机械系统 §2.1 二、系统的组成 （一） 干涉仪系统 主要包括： 光源 分束器 反射器 补偿元器件 §2.1 二、系统的组成 激光器的选型和要求 a、 频率稳定 测量精度 b、 功率稳定 对比度，信号处理问题 c、连续运行 不能间断 d、TEM00 条纹复杂， 空间干涉严重 §2.1 二、系统的组成 2. 分束方法 分波阵面法-------劳埃德镜 §2.1 二、系统的组成 分振幅法------半透半反镜 ， 立体分光镜 §2.1 二、系统的组成 分偏振法（PBS）-------多次反射、沃拉斯顿棱镜 §2.1 二、系统的组成 3. 常用反射器 a 平面反射器 易收偏转影响，引入额外相位差 b 角锥棱镜 抗偏摆、俯仰， 常用元件 c 直角棱镜 抗单一方向的偏转， 加工容易 d 猫眼反射器 加工容易， 不引入额外的光程 §2.1 二、系统的组成 4 其他元件 1） 起偏器 a 多次折返 布诺斯特角 b 晶体二色性 c 晶体偏振器 如： 格兰汤姆逊棱镜 沃拉斯特棱镜 2) 波片 ---偏振及相位补偿 a ?波片 b ? 波片 c 全波片 d 平行平板 §2.1 二、系统的组成 典型光路布置 布置原则: 1) 共路原则 消除振动、温度、气流等影响 2）考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等因素 3）避免光返回激光器 §2.1 二、系统的组成 1）使用角锥棱镜 平面反射式的缺点： 光返回激光器， 引起激光不稳定。 M1 M2对偏转、振动影响无消除 能力 a 双角锥