【正文】 美國 lBM研究實(shí)驗(yàn)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(fù)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)的波面，只要小孔直徑足夠的小，就可以獲得足夠精度的標(biāo)準(zhǔn)球面波，這就是點(diǎn)衍射干涉儀 (Point Diffraction Interferometers)的原理，這種 PDI干涉儀是當(dāng)代一種輕巧而價(jià)低的測量光學(xué)波陣面的有效工具，其原理示于圖549。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(dāng)柱體試樣沒有承載時(shí)，衍射條紋是近于平行的直線，當(dāng)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(dá)到微米級以下。 n=土 l級的兩個(gè)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(jì)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。 ， 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(dāng)就指示其變動(dòng)，以保證薄帶的準(zhǔn)確定位。實(shí)際上是一種柔性絲帶，這給測量帶來困難。當(dāng)細(xì)絲直徑大于 50微米時(shí)，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(dá) ，用 Fraunhofe近似計(jì)算時(shí)精度是 1℅ 。掩模直徑 3mm , L2透鏡焦距 f=120mm時(shí)用于被測直徑 10 ~400微米， f=90mm時(shí)用于 20一 650微米直徑的細(xì)絲。 HeNe激光器 擴(kuò)束光組 半鍍反射鏡 透鏡 細(xì)絲 電視攝像機(jī) 比較測量電路 數(shù)學(xué)顯示器 半鍍反射鏡 被測細(xì)絲 反射鏡 反射鏡 ?通過調(diào)整 4/6來獲得標(biāo)準(zhǔn)衍射條紋在攝像機(jī)上的正確位置，以符合比較時(shí)的電路要求。當(dāng)漆包線直徑有變化時(shí)，衍射條紋間隔變化，光電池兩個(gè)象限的光電流失去平衡，電表不指零。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) ?在選擇定位條紋時(shí)，一般以取二級或三級衍射條紋為最佳。 主要用于直徑 。 ?采用激光下的互補(bǔ)法測定細(xì)絲外徑，是一種高精度的非接觸法測量，精度可達(dá) ，這對生產(chǎn)和科學(xué)研究都具有重要意義。過去測量 0. lmm以下的細(xì)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。圖中 a)是傅里葉變換面上的衍射斑分布。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(diǎn)黑化。 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(diǎn)，亮點(diǎn)就表示試件在這個(gè)對應(yīng)位置上存在缺陷。 激光器 準(zhǔn)直擴(kuò)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， 3 振動(dòng)反射鏡 , 4 被檢細(xì)絲， 5 成像透鏡， 6 反射鏡， 7 空間濾波器， 8 光電倍增管， 9 數(shù)據(jù)處理器。內(nèi)圓的一半是 32個(gè)同心圓，另一半圓內(nèi)是 32個(gè)放射狀列陣，用硅片制成。 利用透鏡衍射的二次傅里葉變換，獲得被檢缺陷的像，用目視或光電檢測直接判定缺陷以及找到缺陷位置的方法。 ?其原理是利用傅里葉變換面上的頻譜變化，達(dá)到檢測和處理的目的。這種方法在工業(yè)電視日益普及的條件下，很有實(shí)際意義。 V1， V2， V3是從計(jì)算觸發(fā)器來的信號， Vm是最后得到的測量信號，其時(shí)間間隔 ，剛對應(yīng)于被測尺寸。 實(shí)際工作中，主要是采用： 1）小尺寸高靈敏度的光電探測器， 2）在光電探測器前放置狹縫， 3）調(diào)制激光光強(qiáng)， 4）采用精度高于 測器，讀出 L。另外，被測尺寸減小時(shí)還將影響檢測的靈敏度。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 激光束 光強(qiáng)調(diào)制器 被測物 光源 馬達(dá) ? 這種測量系統(tǒng) ， 其測量范圍是標(biāo)注尺寸的 ﹪ 到 +﹪ ，測量精度是被測尺寸的 ﹪ ， 這種測量系統(tǒng)要求被測件有正確的定位 ， 不能在激光束中位移 。 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) ?光電探測器 P4接收基準(zhǔn)光源 5的光強(qiáng)信號，用以定標(biāo)。 4）光電探測器 —— 把衍射條紋的光強(qiáng)變換成電訊號。 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(diǎn)出現(xiàn)暗紋的條件 P2點(diǎn)出現(xiàn)暗紋的條件 11s innxR? ?因?yàn)? 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(jì)算分離間隙衍射時(shí)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(bǔ)測量法 激光衍射互補(bǔ)測量法的原理是基于巴俾涅原理，當(dāng)用平面光波照射兩個(gè)互補(bǔ)屏?xí)r，它們產(chǎn)生的衍射圖形的形狀和光強(qiáng)完全相同，僅位相相差為 π。 ? 從實(shí)例可見，該法易于實(shí)現(xiàn)檢測自動(dòng)化，其檢測靈敏度可達(dá) ～ 。 結(jié)論： 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 衍射角與被測物尺寸 w的關(guān)系取一級近似，則 實(shí)際上的測量系統(tǒng)大多數(shù)利用物鏡焦面上的衍射條紋，這是，衍射極值間的先尺寸 Lm,n與被測物尺寸 w的關(guān)系是 目前在實(shí)際應(yīng)用中得到發(fā)展的技術(shù)方案大多數(shù)屬于第二種基本方案，主要有 （ 1）間隙測量法 （ 2）反射衍射法 （ 3）分離間隙法 （ 4）互補(bǔ)測量法 （ 5）愛里圓測量法 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 間隙測量法是基于單縫衍射原理。因此，可能認(rèn)為放在 A和 B點(diǎn)的兩個(gè)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(diǎn) 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。限制了衍射計(jì)量的應(yīng)用范圍 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 167。 ? 一般情況下， L和 xk的相對不確定度不超過 %。利用暗條紋作為測量指標(biāo)，就可以進(jìn)行計(jì)量。 ???? ??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(gè)定義，有時(shí)區(qū)分為歸一化 sinc函數(shù)和非歸一化的 sinc函數(shù)。兩個(gè)方向上光強(qiáng)的大小按式（ 53），可寫出 當(dāng)光孔為單縫時(shí)， （對圖（ 52b）， L》 w）。當(dāng) ，則波面是一個(gè)理想平面。用透鏡接收后，在透鏡的焦點(diǎn)上就觀察到十分清晰的遠(yuǎn)場衍射條紋 現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù) 利用被測物與參考物之間的間隙所形成的遠(yuǎn)場衍射可以實(shí)現(xiàn)測量，如圖示。并設(shè)成像透鏡是理想的，沒有像差時(shí)，點(diǎn)光源 S在 E