激光干涉測(cè)量技術(shù)ppt課件(已修改)
2025-05-17 02:06 本頁面
【正文】 激光測(cè)量技術(shù) Laser Measurement Technology 第二章 激光干涉測(cè)量技術(shù) 167。 激光干涉測(cè)量長(zhǎng)度和位移 一、干涉測(cè)長(zhǎng)的基本原理 激光干涉的條件 （非正交） (Δτ≤1/Δυ） 干涉數(shù)學(xué)表達(dá)式： 設(shè)兩路激光分別為 E1 = A cos(? t + ?1 ) E2 = B cos(? t + ?2 ) 則合成有： E = E1 + E2 = A cos(? t + ?1 ) + B cos(? t + ?2 ) = A cos(? t + ?1 ) + B cos(? t + ?1 ? ?? ) = A cos(? t + ?1 ) + B cos(? t + ?1 ) cos ?? + B sin(? t + ?1 ) sin ?? = ( A + B cos ?? ) cos(? t + ?1 ) + B sin ?? sin(? t + ?1 ) = A39。 cos(? t + ?1 + ??2 ) Δφ = φ1 φ2 Δφ2 = arctan A + BcosΔφ ABsinΔφ A39。 = A2 + 2 AB cos ?? + B 2 I ? A2 + 2 AB cos ?? + B 2 2? ? ? 2? ? 2 2 ? ? nl ) = 2 光的相位與走過的光程有關(guān)： A cos(? t + ? ) = B cos(? t + ?0 ? 2? ? nl ) 滿足相干條件時(shí)有 A cos(? t + ? ) = B cos(? t + ?0 ? I ? A + B + 2 AB cos? (n1l1 ? n2l2 ) ? ? 條紋可見度 M = I max ? I min 2 AB I max + I min A + B 2 結(jié)論 合成干涉光的光強(qiáng)是兩路光的光程差的余弦函數(shù) I ? A2 + B 2 + 2 AB cos ? 當(dāng) 2? ? N N ? = ? ni li ? ? n j l j i =1 j =1 (n1l1 ? n2l2 ) = 2k? 合成干涉光光強(qiáng)最大 , 光越亮 2? 當(dāng) ? (n1l1 ? n2l2 ) = (2k + 1)? 合成干涉光光強(qiáng)最小 , 光越暗 應(yīng)用 ☆ 光強(qiáng)調(diào)制 I∝ cosΔ ☆ 測(cè)量臂差 測(cè)量明暗變化次數(shù) ,可測(cè)量臂差 ☆ 測(cè)量折射率 L均固定 , 只有一處折射率變化 ☆ 傳感器 通過物理量引起 n或者 L的變化 ,測(cè)出其變化， 再經(jīng)過處理，反演出物理量的變化 n均固定 /已知 , 一路光的光程固定 , 由下公式可知 ,即測(cè) 量位移和長(zhǎng)度 N N ? = ? ni li ? ? n j l j i =1 j =1 通過測(cè)量光強(qiáng)的變化的次數(shù) ,測(cè)量某臂的光程變化 : 所以激光干涉測(cè)量一般是 : 1. 相對(duì)測(cè)量 2. 增量式測(cè)量 3. 中間過程不可忽略 ,要監(jiān)視整個(gè)測(cè)量測(cè)量的過程 以 Michelson干涉儀為例 : 開始測(cè)量時(shí)，兩束光的光程差為 ?1 = 2n(Lm ? Lc ) 測(cè)量結(jié)束時(shí)，兩束光的光程差為 ? 2 = 2n(Lm + L ? Lc ) = 2nL + ?1 光程差變化量 d? = ? 2 ? ?1 = 2nL 移動(dòng)距離 L = K ? 2 二、測(cè)量系統(tǒng)組成 （一）干涉儀系統(tǒng) 主要包括：光源、分束器、反射器、補(bǔ)償元器件 1. 激光干涉儀常用光源 HeNe激光器：激光的功率和頻率穩(wěn)定性高、 連續(xù)方式運(yùn)轉(zhuǎn)、在可見光和紅外光區(qū)域有譜線 1. 干涉儀常用分束方法 （ 1）分波陣面法 （ 2）分振幅法 （ 3）分偏振法（ PBS） 3. 常用反射器 （ 1）平面反射器 （ 2）角錐棱鏡反射器 （ 3）直角棱鏡反射器 （ 4）貓眼反射器 布置原則 : 1) 共路原則 消除振動(dòng)、溫度、氣流等影響 2 )考慮測(cè)量精度、條紋對(duì)比度、穩(wěn)定性及實(shí)用性 等因素 3）避免光返回激光器 （ 1）使用角錐棱鏡 雙角錐棱鏡光路 單角錐棱鏡光路 兩半反半透鏡一體化光路 雙光程光路 （ 2）整體布局 優(yōu)點(diǎn) :抗干擾好、抗動(dòng)鏡多自由度變化能力、靈敏度高一倍 缺點(diǎn)：不方便、吸收嚴(yán)重 （ 3）光學(xué)倍頻 （ 4）零光程差的結(jié)構(gòu)布局 (二 )干涉條紋計(jì)數(shù)與測(cè)量結(jié)果處理系統(tǒng) 干涉條紋計(jì)數(shù)的要求： 能夠判斷方向， 避免反向、大氣、環(huán)境振動(dòng)以及導(dǎo)軌的誤 差影響，能夠細(xì)分， 提高分辨率 這樣需要相位相差 90度的兩個(gè)電信號(hào)輸出， 即一個(gè)按光程正弦變化，一個(gè)余弦變化 常用移相器種類 （ 1）機(jī)械法移相 形成等厚干涉 特點(diǎn) : 簡(jiǎn)單 條紋間距易變 ,使 信號(hào)不完全正交 屬于分波陣面移 相，容易受大氣擾 動(dòng)引起波陣面畸變 的影響。 （ 2）階梯板和翼形板移相 屬于分波陣面移相，容易受大氣擾動(dòng)引起波陣面畸變的影響 （ 3）金屬膜移相 原理： 利用金屬膜表面反射和透射時(shí)都產(chǎn)生附加位相差 的原理，在分光器的分光面上鍍上金屬膜做成金 屬膜分幅移相器 優(yōu)點(diǎn) 是兩光束受 振動(dòng)和大氣擾動(dòng) 的影響相同，元 件少，結(jié)構(gòu)緊湊。 兩反 兩透 均一透一反 缺點(diǎn) 是兩相干光 束的光強(qiáng)不 同，影響條紋對(duì) 比度 （ 4）
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