【正文】 很大， 除中央零級以外，光強 Iy很小，通常觀察不到。 L w R xn θ 激光 b) xn θ I0 R 觀察屏 參考物 被測物 激光 w a) 計量原理 等效衍射 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 觀察屏 E上由單縫形成的衍射條紋，其光強 I的分布由物理光學(xué)知道有 : 20 2sinII ????? ????s i nw??????? ????? 衍射角 0I是 時的光強，即光軸上的光強 00??L w R xn θ 激光 b) xn θ I0 R 觀察屏 參考物 被測物 激光 w a) 計量原理 等效衍射 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 三、基本公式 ( , ) ( , ) e xp[ 2 ( ) ]f v F i d d? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ???( , )F ??( , )F ??( , )F ??( , )fv?E1平面上光孔的瞳函數(shù)為 ，則整個孔在 E2平面上 p點處的振幅，當略去光能損失 ，孔 在 E2上的衍射分布 ，由物理光學(xué)知道，是 的傅里葉變換。但實際上的陰影卻擴大了，這是由于光在孔刀的邊緣上發(fā)生了衍射，光線向外曲折 (實線所示 )，因此，光的衍射區(qū)是 ab與 a ′ b′。 其原理建立在單縫衍射基礎(chǔ)上 。 一、概述 一 、 單縫衍射原理： 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 單縫衍射 ? 夫瑯和費衍射的計算比較簡單，特別是對于簡單形狀孔徑的衍射，通常能夠以解析形式求出積分，并且夫瑯和費衍射是光學(xué)儀器中最常見的衍射現(xiàn)象。并設(shè)成像透鏡是理想的，沒有像差時，點光源 S在 E3上的像應(yīng)成點像。當 ，則波面是一個理想平面。 ???? ??sin c ???? ?????????現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) sinc函數(shù)，用 sinc(x)表示，有兩個定義，有時區(qū)分為歸一化 sinc函數(shù)和非歸一化的 sinc函數(shù)。 ? 一般情況下， L和 xk的相對不確定度不超過 %。因此，可能認為放在 A和 B點的兩個探測器用差值信號可以改善測量情況，但是從圖 56的曲線 C來看，靈敏度是有保證的，但仍然不能消除這種基本方案的缺點 激光功率不穩(wěn)定一級被測物在光束中位移造成的測量誤差。 1 θ1 3 2 A’1 θ2 A1 R w z A P1 xn1 xn2 P2 分離間隙法原理圖 112211222nnnnzxnRwxRzxnRxR??????現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 1 1 1 1 12 111si n ( c os )si n 2 si n2A A P A P w z zw z n?????? ? ? ? ???? ? ?????2 222s i n 2 s i n 2w z n??? ????????P1點出現(xiàn)暗紋的條件 P2點出現(xiàn)暗紋的條件 11s innxR? ?因為 22s i n ( )nx RzR? ? 因 為分別代入上兩式，則有 21112222nnnnw x z xnRRw x z xnRR????????? ????現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 由上兩式可計算分離間隙衍射時的縫寬公式 測定相同級次的衍射條紋，即 12nn?則 21nnxx?12121222nnnnz x z xn R n Rwx R x R??? ? ? ?221 1 2 2n n n nw x z x w x z xR R R R? ? ?221 2 2 12 ( ) ( )2 n n n nzwx x x xRR? ? ?由（ 535） 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 五 、 互補測量法 激光衍射互補測量法的原理是基于巴俾涅原理，當用平面光波照射兩個互補屏?xí)r，它們產(chǎn)生的衍射圖形的形狀和光強完全相同，僅位相相差為 π。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) ?光電探測器 P4接收基準光源 5的光強信號，用以定標。另外，被測尺寸減小時還將影響檢測的靈敏度。 V1， V2， V3是從計算觸發(fā)器來的信號， Vm是最后得到的測量信號，其時間間隔 ，剛對應(yīng)于被測尺寸。 ?其原理是利用傅里葉變換面上的頻譜變化，達到檢測和處理的目的。內(nèi)圓的一半是 32個同心圓，另一半圓內(nèi)是 32個放射狀列陣，用硅片制成。 如果試件上有缺陷，經(jīng)過逆傅里葉變換 (TFT)后在觀察屏上就看到亮點，亮點就表示試件在這個對應(yīng)位置上存在缺陷。圖中 a)是傅里葉變換面上的衍射斑分布。 ?采用激光下的互補法測定細絲外徑，是一種高精度的非接觸法測量，精度可達 ，這對生產(chǎn)和科學(xué)研究都具有重要意義。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) ?在選擇定位條紋時，一般以取二級或三級衍射條紋為最佳。 HeNe激光器 擴束光組 半鍍反射鏡 透鏡 細絲 電視攝像機 比較測量電路 數(shù)學(xué)顯示器 半鍍反射鏡 被測細絲 反射鏡 反射鏡 ?通過調(diào)整 4/6來獲得標準衍射條紋在攝像機上的正確位置，以符合比較時的電路要求。當細絲直徑大于 50微米時，為保證測量精度，還要用LoronzMire理論對 Fraunhofe:近似作修正，這種方法其重復(fù)性可達 ，用 Fraunhofe近似計算時精度是 1℅ 。 ， 而薄帶尺寸 b = 0. 12mm和 d=，測量誤差約 0. 5微米 (三 )薄帶的精密測量 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) HeNe激光器 1發(fā)出的激光，經(jīng)反射鏡 2及半透反射鏡 3反射而照射薄帶 5，在距離為 R的接收屏上得到隨薄帶寬度 b而變化的衍射條紋 6,測量條紋的間距，就可求得帶寬 b: nRnbx??現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 為了保證薄帶表面和光軸垂直，采用定位指示光電二極管 4，以接收薄帶表面的反射光 .當就指示其變動，以保證薄帶的準確定位。因此，激光衍射是一種有效的全場測量，其應(yīng)用的例子很多，例如，變形的衍射全場測量就是一種設(shè)備簡單、技術(shù)可靠的方法，其原理如圖 548a)所示，當柱體試樣沒有承載時，衍射條紋是近于平行的直線，當加載后，得到反映柱體變形的二維衍射條紋，用攝影方法就可以精確地研究試樣的二維變形，其靈敏度可以達到微米級以下。美國 lBM研究實驗室利用布拉格 (Bragg)效應(yīng)的衍射技術(shù)研究獲得了一種新型的衍射光偏轉(zhuǎn)器來替代聲光偏轉(zhuǎn)器。解決的方法是利用衍射條紋來形成莫爾條紋，形成的方法是 :首先攝取沒有加載荷或已知變形的衍射條紋的照片，用此衍射條紋的負片作為一塊已知光柵和正在被測的衍射條紋疊加，得到衍射情況下的莫爾條紋，如圖 548b)所示，測定莫爾條紋的間隔，用下式就可計算出變形量 : 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 七、波前測量 利用小孔的衍射可以獲得標準的波面，只要小孔直徑足夠的小，就可以獲得足夠精度的標準球面波，這就是點衍射干涉儀 (Point Diffraction Interferometers)的原理，這種 PDI干涉儀是當代一種輕巧而價低的測量光學(xué)波陣面的有效工具，其原理示于圖549。 n=土 l級的兩個暗條紋之間的距離為 x，則 x=2t, t是條紋間距，可得帶寬 b的計算公式 2 Rbx??現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 五、角度的精密測量 利用衍射條紋的間隔變化可以精密測定楔角。實際上是一種柔性絲帶，這給測量帶來困難。掩模直徑 3mm , L2透鏡焦距 f=120mm時用于被測直徑 10 ~400微米， f=90mm時用于 20一 650微米直徑的細絲。當漆包線直徑有變化時，衍射條紋間隔變化，光電池兩個象限的光電流失去平衡，電表不指零。 主要用于直徑 。過去測量 0. lmm以下的細絲直徑，采用光學(xué)量儀或電測量儀，這類量儀本身測量精度是高的，但由于漆包線，光導(dǎo)纖維等是塑性材料不能用接觸法測量。曝光量相差 100一 1000倍，對低級次衍射光曝光過度，是理論值的 10一 20倍，形成光點黑化。 激光器 準直擴束系統(tǒng) 濾波孔 被測物或被測物的照片 傅里葉變換透鏡 光電探測列陣 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 1 激光器， 2 聚焦透鏡