激光干涉测量技术(合肥工业大学)ppt课件

1、激光测量技术，激光测量技术，第二章激光干涉测量技术2.1激光干涉测量长度和位移，一、干涉测量长度的基本原理，激光干涉的条件1 .频率相同2 .相位差初始一定3 .振动方向相同(非正交)4.小于波列长度(1/)干涉数学式： E1=A cos(t 1 ) E2=B cos(t 2)， 于是，e=e1e2=cos (t1 ) cos (T2 )=cos (t1 ) cos (t1 )=cos (t1 ) cos (t1 ) cos (t1 )被合成起来了=1 - 2，2=arctan bcosabsin，a=a22abcosb2ia2abcosb2，2，2，2，2，nl )，=2光的相位与前进的光路

2、有关： acos (t )=bco acos2abcos(n1l1n2l2 )条纹的可视性，M=imamin2abimaminab2，结论：合成干涉光的光强度是双向光的光路差的馀弦函数ia2b2abcos，当然，2 的n=nilinji=1j=1(n1 L1 n 光越亮，2越，(n1l1 n2l2 )=(2k 1)合成干涉光的光强度越小，光越暗，为了测定应用、光强度调制、Icos、测定臂差明暗的变化次数，测定臂差，测定折射率，l都一定，折射率的变化测量根据物理量的n或l的变化，并经过处理，演出物理量的变化，根据下式可知，n都是一定/已知的，光的光路一定，即，通过测量位移和长度n=nilinji

3、=1j=1，测定光强度的变化的次数，然后激光干涉测量通常是：1 .相对测量，2 .增量测量，3 .中间过程不可忽视，监视整个测量过程，以迈克尔森干涉仪为例：开始测量后，两条光的光路差在1=2n(Lm Lc )测量结束后，两条光的光路差=2nd1光路差变化量d=21=2nd移动距离、L=K， 2、2、测量系统的配置，1 .激光干涉系统，2 .条纹计数和处理结果的电子机械系统，以及(1)干涉仪系统主要包括光源、分光器、反射器和补偿部件。 激光干涉仪常用光源，He-Ne激光器：激光功率和频率稳定性高，连续方式运行，可见光和红外光区域有光谱线，一.干涉仪常用分光方法(1)分波阵列法，(2)分振幅法，(

4、3)分偏振光法(PBS )，3 .常用反射器，(1)平面反射器，(2) 直角棱镜反射器(4)猫眼反射器4 .典型的光路配置原则： 1 )共路原则是消除振动、温度、气流等的影响2 )考虑测量精度、条纹对比度、稳定性、实用性等3 )防光返回激光(1)直角立方体棱镜、双角单角立方体棱镜光路、半透明反射镜一体光路、双光路优点：具有抗噪声性强、反射镜自由度变化能力、灵敏度高的缺点：不便、吸收大、(3)光学倍频、 (4)光路差为零的结构布局，(2) 干涉条纹计数和测量结果处理系统干涉条纹计数的要求：可以判断方向，避免反方向、大气、环境振动和导轨的误差的影响，为了提高细分分辨率，需要相位相差90度的两个电信

5、号输出，一个根据光路正弦变化，一个根据馀弦变化，另一个根据相位的机械相移常用，形成等厚的干扰，特征：简单，条纹间隔容易变化，信号不完全正交是分波阵列面的移位，相位容易受到大气扰动引起的波面失真的影响。(3)金属膜的相移原理：利用金属膜的表面反射和透射时产生附加相位差的原理，在分光器的分光面上镀金属膜，从而金属膜的分波相移双反双透、均匀透一反、缺点是两相干光束的光强不同，对条纹对比度有影响。 (4)偏振法相移，特征：结构复杂，不受大气影响，可靠性高。2 .干涉条纹的计数和方向判定原理，其中，将1、3、2、4定义为前向，如果存在反向，那么该在第一后面出现吗？ 只要判断第2个和第4个信号的脉冲顺序，

6、就存在90度的差，是与一个计数对应的0.25波长，因此L=K/8，分辨率提高了4倍，被称为4倍频计数，如何提高分辨率(细分化)？=2，3，条纹的对比度定义了：的明暗变化的比，M=，imam in2abimaminab 2，1 .明暗变化的强度越大， PD感知到的信噪比良好2 .在两个干涉光的强度相等的情况下，对比度越好3 .影响干涉条纹的对比度的因素：相干性、偏振状态、光强度、背光灯、各种环境因素，例如振动、热变性等4 .应用，1 .雷3.Renishaw新型单频率激光干涉仪，4 .激光小角度干涉仪，H=k， 4，； =arcsin H R，H=k，8，8756； =arcsin，H R，小角

7、度测量仪：的测量范围一般在1以内，最大测量误差为0.05 ，采用下图，95，测量精度，0.3，2.2采用激光外差干涉测量系统，以往的干涉测量系统的特点是：1.测量精度高，前置放大器2 .对环境要求高，不可接受的光强度有很大变化3 .抗噪能力差，一般功在恒温、防振条件下，对某光臂这种基于外差技术的干涉仪称为外差干涉仪或交流(AC )干涉仪，该干涉仪可以通过测量信息、载波，为前置放大器采用交流放大器，并且可以阻断外界条件引起的直流电平漂移，在现场稳定工作。 去除直流放大器的噪声，1，Zeeman双频激光干涉仪，bpsin(t)，(t ( 1， e=e1e2=acos (1 t1) bpcos (2

8、 t2)=acos (1t1) bcos (1t1) cosbssn (t1) s sin(1t1)，=ab ucos (1 t 13 )=1 -2=1 -2=arctonabcos (t)，a=a 22 abcos (t) b2ia2 abcos (t) B2、，0， t 2、测量臂通过M2的运动：f=、2v c、f=、2v 、测量镜移动距离l为L=、OHHMMMMMMMMMMM、t、 2、fdt=、 2、n，其中N=、fdt=、tf0 t 由于动态频率f1f2f没有变形，f1f23fzeeman :频率差1.5-1.8MHz的容许测定速度约为150mm/s、1、t、0、t、0， 为了测量应

9、满足0的空气的折射率，需要测量fn=、2v c、f、v=ldn/dt、fn=、2 L 0、dn/dt、0、t、FDT=nm、2 L 0、dn、nm1=、2 l0、fddt=、0 2 L、ft .2.2.2声光调制双频外差干涉仪，1 .声光调制器，2 .声光调制双频外差测量仪，2.4激光全息干涉测量系统全息图源：年，复盖物(D.Gebar )适当的相干照射全息图1960年激光的出现促进了全息术的发展，全息术不断完善。 因此，1971年获得诺贝尔物理学奖，使用：全息测定系统全息术来记忆全息防伪，并非破坏性地检测出全息电影。 每毫米，一，全息技术的基本原理，其过程分：1，全息记录2，物光波再现，1，

10、全息记录普通照片：记录光的光强度和颜色(频率)，米只能记录50100条条纹记录介质：银化合物，全息：波面信息：光强度和大米为1000根以上的条纹记录介质：卤化银胶乳和重铬酸盐胶乳，0，单色光： E0=A0ej0时，干板前的光强度和相位分布为x、y的函数，即E0=A0(x y)ej (x， y )、参照光束：平面波，e0=arejr=2Sini /y，因此： E0=Arejr=Arejay，0 r，因此干板上的光强度分布： I(x，y)=(E0 Er )(E* E* )，=Ar 2 A02 (x y) Ar A0 (x， y)ejj(ay-j(x，y) Ar A0 (x，y)e-j(ay - j

11、(x，y)=Ar 2 A02 (x，y) 2Ar A0 (x，y)cos(ay - j(x，y )， y )，Ar固定和参照光相位ay是已知的，规则地变化，干板记录的信息主要记录了物质光的光强度和相位信息，经过一定时间的照射，曝光结束后，取下干板，显影、定影、制成全息薄膜以上的过程称为全息记录全息薄膜的透射率是t(x，y )在记录过程中曝光光强的非线性函数，取线性部分时，将全息薄膜复位，并去除物体、身体及物体的照射光束。2、2、2、2、e、3、Ee (x，y)=t(x，y)Er、=m y)Ar e mAr 2 A0 (x，y)e j0 (x，y) j2ay -j0 (x，y)Ar e，jay，

12、1，0，1 .参考光的透射光束宽度被物体光调制，方向不变，与m(Ar 2 A02 (x) y)Ar e jay，2 .物光光波相同y)e j0 (x，y ) )方向不变化，与光强度变化mAr2倍、3.2共轭的聚光光波方向与2共轭，光强度变化mAr2，mA0 (x，y)Ar 2 e j2ay e，-j (x，y )倍，相位重叠线性值y)=Ar 2 A02 (x，y) 2Ar A0 (x，y)cos(ay - j(x，y ) )，=Ar 2 A02 (x，y)1 2Ar A0 (x，y) M=Ar 2 A02 (x，y )，2Ar A0 (x) y) Ar 2 A02 (x，y )， cos(ay - j(x，y ) )， 物光调制参考光的相位和振幅的m为振幅调制度，01严格遵循馀弦分布，也称为条纹对比度.全息图特征：三维立体图(或决不改变颜色的破坏性(冗馀度大)，一次拍摄就能得到两个图像(原图像和共轭像)，单纯的全息技术应用：1，全息图像显示：照片； 照片邮票、杂志、封面和折叠纸等，2，包装，装饰和防伪：产品包装，招牌和商标饰品广告装饰人民币银行卡居民身份证等，3，全息元件：格子； 透镜带片等。 4、光学信息处理技术：图