【正文】 兩支光強比 n較小時，雜散 光對條紋對比度的影響遠(yuǎn)比兩支干 涉光的光強不相等的影響要 嚴(yán)重得多 。 51 激光干涉測試技術(shù)基礎(chǔ) 共程干涉和非共程干涉 ? 在普通干涉儀中，由于參考光束和測試光束沿著分開的光路行進(jìn)，故這兩束光受機械振動和溫度起伏等外界條件的影響是不同的。 ?若參考光路和測試光路經(jīng)過同一光路，這類干涉儀稱為 共程干涉儀 。這時，得到的信息不 是直觀的，需要作某些計算才能確 定被測波面形狀，如 各種類型的剪 切干涉儀 。 ? ①波面偏差的表示 ? 波面偏差為 nHhW ???n 是干涉儀的通道數(shù)（光速通過樣品次數(shù)） 20 EPV ERMS Emax 參考面 b)波面偏差指標(biāo) H a)由條紋偏差表示波面偏差 h 圖 46 波面偏差的表示 ? 波面偏差 的 指標(biāo)： 1） 峰谷偏差 EPV 。 3） 均方根偏差 ERMS。 使產(chǎn)生干涉的兩波面間的光程差減小，則條紋移動的方向是離開零級條紋的方向；反之，則干涉條紋朝著零級條紋的方向移動。 51 激光干涉測試技術(shù)基礎(chǔ) 干涉條紋的分析與波面恢復(fù) ? 3）求被測波面輪廓。 ② 在干涉圖的上（下）方作若干條等間距的與截面 AB相平行的直線，相鄰兩平行線間距表示光程差為 （ n為干涉儀的通道數(shù)）的變化量。 51 激光干涉測試技術(shù)基礎(chǔ) 提高分辨力的方法和干涉條紋的信號處理 ① 光學(xué)倍頻技術(shù) 分辨力 圖 410 光學(xué)倍頻原理圖示 B M1 M2 M3 a) B M1 M3 M2 M4 a /K b) K2/?2/?26 167。從一個干涉條紋變化中得到多個計數(shù)脈沖的技術(shù)稱為 相位細(xì)分技術(shù)。 相移信號的最簡單方法是傾斜參考鏡 M1。 27 B M2 M1 M’2 D1 D2 圖 411 機械法相位細(xì)分示意圖 28 167。 2π)。 52 激光斐索 (Fizeau)型干涉測試技術(shù) ? 概述： ? 光學(xué)干涉測試技術(shù)最初在光學(xué)零件和光學(xué)系統(tǒng)的檢驗中獲得廣泛應(yīng)用 。 33 ② 影響測試準(zhǔn)確度的因素 ? 1）光源大小和空間相干性 167。 ? 2）光源的單色性和時間相干性。 ? 消除該雜散光的 主要措施 是： ? 將標(biāo)準(zhǔn)參考平板做成楔形板，以使標(biāo)準(zhǔn)平板上表面反射回來的光線不能進(jìn)入干涉場； ? 同樣，將被測件做成楔形板或在它的背面涂抹油脂，也能消除或減小被測件下表面產(chǎn)生的雜散光影響； ? 整個系統(tǒng)的所有光學(xué)面上均應(yīng)鍍增透膜。 ? 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)平板口徑大于 200mm時，其加工和檢驗都很困難。 ? 地球的曲率半徑約為 6370km，當(dāng)液面口徑為 1000mm時，液面中心才高出約 ，當(dāng)口徑為 250mm時，液面才高出約 。 52 激光斐索 (Fizeau)型干涉測試技術(shù) 激光斐索型平面干涉測量 ③ 激光斐索平面干涉儀用于測量平行平板平行度 ? 1） 測量原理 ? 設(shè)干涉場的口徑為 D， 條紋數(shù) 目為 m， 長度 D兩端對應(yīng)的厚 度分別為 h1和 h2， 有 ? 則平板玻璃的平行度為 h2 h1 θ D 測試平板玻璃平行度圖示 ?mhhn ?? )(2 12)r a d( 212 nDmD hh ?? ???38 167。假設(shè)用人眼來識別條紋，一般人眼的分辨能力為 ，當(dāng) n = ， λ＝ ，容易算出 。 ? 根據(jù)間接測量不確定度的傳遞公式，可知 ? ? 由上式可見，在的測量中引起誤差的主要因素是： ? ①寬度 D的測量不確定度； ? ②干涉條紋數(shù) m計數(shù)的不確定度； ? ③折射率 n的測量不確定度。 52 激光斐索 (Fizeau)型干涉測試技術(shù) 斐索型球面干涉儀 ? ①激光斐索型球面干涉儀基本原理 激光器 標(biāo)準(zhǔn)物鏡組 標(biāo)準(zhǔn)參考面 位置 Ⅰ 位置 Ⅱ 被測鏡 CCD相機 圖 417 激光斐索型球面干涉儀光路圖 C,C0 O C,C0 位置 Ⅱ 位置 Ⅰ 注意： 為了獲得需要的 干涉條紋，必須仔細(xì)調(diào) 整被測球面，使被測球 面的球心 C與 C0精確重 合。 通常干涉儀備有一套具有不同曲率半徑參考球面的標(biāo)準(zhǔn)半徑物鏡組。所謂全息就是在攝影底片上同時記錄物光波的振幅和位相的全部信息，通過再現(xiàn)，可以獲得物光波的立體像。 ? 抗破壞性。 45 167。 48 167。 前的負(fù)號預(yù)示著再現(xiàn)光波對原始物體光波在相位上是共軛的，若原來物體光波是發(fā)散的話，則該光波將是會聚的。 全息底片 實像 （ 共軛像 ） O 照明光波 z y 圖 422 物光波的再現(xiàn)圖示 虛像 （ 原始像 ） 實像 O 照明光波 z y 圖 423 物光波的再現(xiàn)圖示 虛像 51 重要性質(zhì)：由圖明顯看出， 由于全息圖記錄的是物體光波和參考光波產(chǎn)生的干涉條紋，它分布于整個全息圖上，因此，如果全息圖缺損一部分，僅減少了干涉條紋所占的面積，降低了再現(xiàn)象的 亮度和分辨力 ，而對再現(xiàn)像的 位置和形狀 是毫無影響的。因此，全息術(shù)對所用光源的要求不僅同普通照相一樣具有能使底片得以曝光的 光能輸出 ，而且應(yīng)具有為滿足光束的干涉和衍射所必須的時間相干性和空間相干性 —— 一般選擇激光器。因此，全息底片的分辨力要求是很高的，普通底片不能滿足要求。 ? 3）全息干涉技術(shù)是比較同一物體在不同時刻的狀態(tài)，因此，可以測試該段時間內(nèi)物體的位置和形狀的變化。 55 167。 56 167。 53 激光全息干涉測試技術(shù) 全息干涉測試技術(shù) ? ①靜態(tài)二次曝光全息干涉法 ? 現(xiàn)在將兩物光波的復(fù)振幅分布代入第二項 ， 則有： ? ? 000 jj02)(j0i022 )1(),( ????? eeAReAeARyxW ???? ?? 其相應(yīng)的強度分布為： ? ?? ?? ?2),(c o s4),(c o s12),(),(),(2)(jj)(jj204*2220000yxCyxCeeeeARyxWyxWyxI???????????????????? 透射光波中出現(xiàn)條紋 。若物體稍有位移或變形，就可以看到干涉條紋。 當(dāng)這一相位差分別等于 π的偶數(shù)倍或奇數(shù)倍時 ， 就分別得到亮條紋或暗條紋 。這種方法是對周期性振動物體做一次曝光而形成。其再現(xiàn)像光強分布為 )(J),( 2020 CzAyxI ?時間平均全息干涉技術(shù)是研究正弦 振動的最好工具，也可以用于研究非正弦運動，是振動分析的基本手段。所謂的 計算全息 就是利用計算機產(chǎn)生全息圖。 66 167。 54 激光外差干涉測試技術(shù) ? 引言：單頻激光干涉儀的光強信號及光電轉(zhuǎn)換器件輸出的電信號都是直流量，直流漂移是影響測量準(zhǔn)確度的重要原因，信號處理及細(xì)分都比較困難。 69 167。 71 掃描探測器 （ xi, yi） 基準(zhǔn)探測器 （ x0, y0） （ a） Δt 1/Δν t i(x, y, t) （ b） 圖 432 外差干涉圖樣和電信號 72 167。 ? 如果圓偏振光通過一個 旋轉(zhuǎn)中的半波片 ，則透射光將產(chǎn)生兩倍于半波片旋轉(zhuǎn)頻率 f 的頻移，即 。圓偏振光再次穿過固定 1/4波片后又恢復(fù)為線偏振光，但頻率已發(fā)生偏移 。 74 167。 Δf） 75 167。 54 激光外差干涉測試技術(shù) ? 激光外差干涉測試技術(shù)應(yīng)用 ? ③ 激光外差干涉在精密定位中的應(yīng)用 B A 1 / 4 波片 B A f 1 f 2 f 1 177。 Δ f f 1 177。 55 激光移相干涉測試技術(shù) ? 激光移相干涉測試技術(shù)原理 ? 參考波前為 ? 被測波面的波前為 被測鏡 參考鏡 激光移相干涉光路原理圖 壓電晶體 W a ik L l i1 2? ?e x p [ ( )]W b ik L w x y2 2? ?e x p [ ( ( , ))]w(x,y)是被測波面 (位相 )。 45 激光移相干涉測試技術(shù) ? 激光移相干涉測試技術(shù)原理 ? 對每一點 (x, y)的傅立葉級數(shù)的系數(shù) ， 還可以用三角函數(shù)的正交性求得 ? 便于實際的抽樣檢測 ， 用和式 代替積分 ???????????????TiiiTiiiTiilkllyxITblkllyxITallyxITa 0 1 0 1 0 0d2si n),(2d2c o s),(2d),(2??????????????????niiiniiiniikllyxInbkllyxInalyxIna1111102si n),(22c o s),(2),(2n為參考鏡振動一個周期中的抽樣點數(shù)。 得 ? ???????????????????????pniiipniiipniikllyxInpbkllyxInpalyxInpa1111102s in),(22c o s),(2),(2??????????????????npiiinpiiikllyxInpkllyxInpkyxw1112c o s),(22si n),(2t a n21),(在被測表而上任意點 (x, y)的波面 w(x, y)的相對位相是由在該點的條紋輪廓函數(shù)的 n p個測定值 擬合計算得到的。 ? 3） 是可以大大降低對干涉儀本身的準(zhǔn)確度要求 。 84 167。 47 納米技術(shù)中的干涉測試技術(shù) 87 167。 88 167。主要噪聲源有： ? 探測器的散粒噪聲； ? 負(fù)載電阻的 Johnson噪聲； ? 激光的相對強度噪聲； ? 激光的相位噪聲； ? 干涉系統(tǒng)的非線性漂移； ? 機械系統(tǒng)的熱噪聲等。 47 納米技術(shù)中的干涉測試技術(shù) 掃描隧道顯微鏡（ STM Scanning Tunneling Microscope ） ? 隧道電流強度對針尖與樣品表面之間的距離 非常敏感， 如果距離 L減小 ，隧道電流 I將增加一個數(shù)量級。其分辨率遠(yuǎn)小于入射光的半波長，突破了光學(xué)顯微鏡半波長極限的限制。 47 納米技術(shù)中的干涉測試技術(shù) 光子掃描隧道顯微鏡（ PSTM— Photon Scanning Tunneling Microscope） ? 全反射測量形貌的準(zhǔn)確度比較高；且區(qū)域形貌的信息量大；可以幾乎不接觸被測表面；測量裝置以及數(shù)據(jù)處理簡潔 。 在力顯微鏡中零差干涉系統(tǒng)的作用就是檢測掃描探針的振幅 （ 振幅隨被測表面的起伏變化 ） 。 ? 零差干涉方法的缺點是測量信號與 z0有關(guān)，因為熱和機械的原因都會改變 z0，從而影響測量的準(zhǔn)