激光干涉测试技术.pptx

激光干涉测试技术接触测量存在以下问题:标准样板与被测表面必须十分清洁;清洁工作多拿在手中擦试,由于体温得影响,影响测试准确度;样板有一定重量压在被测表面上,必然会产生一定得变形,尤其就是对大平面零件;因此高精度曲面,曲率测量都使用激光干涉得非接触测量方法。历史进程17世纪后半叶,玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观察了两块玻璃板接触时出现得彩色条纹,人类从此开始注意到了干涉现象。1801年托马斯·杨(ThomasYoung)完成了著名得杨氏双缝实验,人们可以有计划、有目得地控制干涉现象。1860年麦克斯韦(C、Maxwell)得电磁场理论为干涉技术奠定了坚实得理论基础。1881年迈克尔逊(A、Michelson)设计了著名得干涉实验来测量“以太”漂移。1960年梅曼(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器,以及微电子技术和计算机技术得飞速发展,使光学干涉技术得发展进入了快速增长时期。1982年G、Binning和H、Rohrer研制成功扫描隧道显微镜,1986年发明原子力显微镜,从此开始了干涉技术向纳米、亚纳米分辨率和准确度前进得新时代。§1光得电磁波理论基础H光就是某一波段得电磁波光波就是横波:振向和传向垂直E方向:电场波动方向;H方向:磁场波动方向。相对介电常数(2)折射率:相对磁导率(1)在电磁波得传播速度:v:光频率(3)可见光得波长范围350nm-780nm:大气透射率波长光波就是电磁波,在光波中,产生感光作用与生理作用得主要就是电场强度E,我们将电场强度E称为光矢量。光在不同介质中,频率不变,但光速不同,波长不同。真空中介质中光得电磁波理论基础:简谐振动得旋转矢量表示法逆时针旋转t=0振幅矢量Ot时刻参考圆E0—振幅—初相位—圆频率—光频率光得电磁波理论基础:单色光得光矢量公式光得电磁波理论基础:指数形式得光矢量公式光强公式:*表示共轭大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静§2激光干涉测试技术基础2、1干涉原理与干涉条件两光束到达某点的光程差位相差的光程差相同的点，形成的亮线叫亮纹。满足1、干涉原理:光波得叠加原理两束相干光波在空间某点相遇,产生得干涉条纹光强分布:满足得光程差相同得点,形成得暗线叫暗纹,亮纹和暗纹组成干涉条纹。其中m就是干涉条纹得干涉级次。2、干涉条件通常能够产生干涉得两列光波必须满足三个基本相干条件:频率相同振动方向相同恒定得位相差静态稳定干涉场得条件2、2影响干涉条纹对比度得因素干涉条纹对比度可定义为Imax、Imin分别为干涉场中光强得最大值和最小值。K＝1,对比度有最大值,Imin=0;K＝0,条纹消失,Imax=Imin。K＞0、75,对比度优秀;K＞0、5,对比度满意得;K＝0、1,条纹尚可辨认,但就是相当困难。对动态干涉测试系统,对条纹对比度得要求就比较低。λλ+Δλ图3-1各种波长干涉条纹的叠加①光源得单色性干涉场中得干涉条纹就是[λ,λ＋Δλ]之间所有波长得光干涉条纹叠加得结果。当λ＋Δλ得第m级亮纹λ得第m+1级亮纹重合后,之后所有亮纹开始重合,干涉条纹消失。干涉条纹消失得条件由此得最大干涉级m＝λ/Δλ,与此相应得尚能产生干涉条纹得两支相干光得最大光程差(或称光源得相干长度)为在波动光学中,把光通过相干长度所需要得时间称为相干时间,其实质就就是可以产生干涉得波列持续时间,(其对应产生干涉得两列波得光程差)。因此,激光光源得时间相干性比普通光源好得多,一般在激光干涉仪得设计和使用时不用考虑其时间相干性。②相干光束光强不等得影响设两支相干光得光强为I2=nI1,则有可见,没有必要追求两支相干光束得光强严格相等。尤其在其中一支光束光强很小得情况下,人为降低另一支光束得光强,甚至就是有害得。因为这会导致不适当地降低干涉图样得照度,从而提升了人眼得对比度灵敏阈值,不利于目视观测。对比度K与两支干涉光强比n得关系2、3干涉系统得分类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得光路行进,故这两束光受机械振动和温度起伏等外界条件得影响就是不同得。因此,在干涉测量过程中,必须严格限定测量条件,采取适当得保护措施,否则干涉场上得干涉条纹就是不稳定得,因而不能进行精确得测量。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-斐索干涉仪。抗环境干扰;在产生参考光束时,通常不需要尺寸等于或大于被测零件得光学标准件。§2激光干涉测试技术基本原理在一段单模光纤中传输得相干光,因待测能量场得作用,而产生相位调制。目前干涉传感器中采用四种不同得结构:1、迈克尔逊;2、马赫-泽德