第二章 激光干涉测量技术（上）ppt课件.ppt

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1、第二章激光干涉测量技术干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术优点非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度应用范围可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化、振动等方面的测量常用干涉仪迈克尔逊干涉仪、马赫-泽德干涉仪、斐索干涉仪、塞曼-格林干涉仪光波干涉条件关于稳定干涉条纹的理解1.频率相同2.初始相位差恒定3.振动方向相同（非正交）4.光程差小于波列长度(Δτ≤1/Δυ）所谓稳定，是指肉眼或记录仪器能观察到或记录到条纹分布，即在一定时间内存在着相对稳定的条纹分布。显然，如果干涉项远小于两光束光强中较小的一个，就不易观察到干涉现象；如果两束光的相位差随时间变化，使光强度条纹图像

2、产生移动，且当条纹移动的速度快到肉眼或记录仪器分辨不出条纹图样时，就观察不到干涉现象了。干涉数学表达式设两路激光分别为则合成有光的相位与走过的光程有关：其中干涉光强光程差通过测量干涉条纹的变化量，可直接获得l或n，还可直接获得与l和n有关的各种被测信息§2.1激光干涉测量长度和位移一、干涉测长的基本原理合成干涉光光强最亮合成干涉光光强最弱当当把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉条纹将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当被测对象移动一段距离时，该条纹明暗变化一次，光电探测器输出信号将变化一个周期，记录信号变化的

3、周期数，便确定了被测长度所以激光干涉测量一般是:1.相对测量2.增量式测量3.中间过程不可忽略，要监视整个测量的过程以Michelson干涉仪为例:移动距离开始测量时，两束光的光程差为测量结束时，两束光的光程差为光程差变化量测量过程中干涉条纹变化次数——激光光波在空气中的波长二、干涉仪组成1.激光干涉仪光路系统2.干涉条纹计数和处理测量结果的电子系统3.机械系统（一）干涉仪光路系统主要包括：光源、分束器和反射器激光干涉仪常用光源He-Ne激光器激光的功率和频率稳定性高连续方式运转在可见光和红外光区域有谱线2.激光干涉仪常用的分光方法（1）分波阵面法菲涅耳双面镜干涉装置干涉仪的瞳和窗成像光学仪

4、器中，入瞳大小决定了进入仪器光能量的多少，而窗的概念则和视场相联系。干涉仪中，将光源或光源的像称为干涉仪的入瞳，观测干涉图样的屏幕称为出窗。干涉条纹的方向、形状、宽度、对比度、照度和干涉区域的深度仅取决于像空间的出瞳和出窗之间的相对位置。L到P点的光程光程差比累对切透镜干涉装置瑞利干涉仪洛埃镜干涉装置迈克尔逊测星干涉装置菲涅耳双棱镜干涉装置梅斯林干涉装置特点：存在条纹亮度和条纹对比度之间的矛盾，一般使用点光源，条纹非定域，实际使用较少。（2）分振幅法（3）分偏振法（PBS）平行平板分光器立方体分光器双折射偏振分光偏振分光棱镜优点：可使用扩展光源来获得较高的条纹亮度，同时又可获得较清晰的条纹。

5、光栅衍射分光（4）衍射分光法-1级1级0级3.激光干涉仪常用的反射器平面反射器特点：对偏转将产生附加的光程差直角棱镜反射器猫眼反射器角锥棱镜反射器特点：可消除偏转将产生附加的光程差，抗偏摆和俯仰特点：只对一个方向的偏转敏感特点：透镜和反射镜一起绕C点旋转，光程保持不变；容易加工，不影响偏振光的传输4.典型的光路布置布置原则:1)共路原则消除振动、温度、气流等影响2)考虑测量精度、条纹对比度、稳定性及实用性等因素3）避免光返回激光器（1）使用角锥棱镜双角锥棱镜光路单角锥棱镜光路两半反半透镜一体化光路双光程光路（2）整体布局优点:抗干扰好、抗动镜多自由度变化能力、灵敏度高一倍缺点：不方便、吸收严

6、重（3）光学倍频缺点：调整困难，对光学元件性能要求高，界面多导致光能损失大，而且使光的偏振态发生不应有的变化。1.移相器(二)干涉条纹计数与测量结果处理系统能够判断方向；为提高分辨率，需要对干涉条纹进行细分。干涉条纹计数的要求：这样需要相位相差90度的两个电信号输出，即一个按光程正弦变化，一个余弦变化常用移相器种类（1）机械法移相通过倾斜参考镜形成等厚干涉条纹特点装置简单,但条纹间距易变,使信号不完全正交，属于分波阵面移相，容易受大气扰动引起波阵面畸变的影响。（2）阶梯板和翼形板移相属于分波阵面移相，容易受大气扰动引起波阵面畸变的影响（3）金属膜移相原理：利用金属膜表面反射和透射时都产生附加

7、位相差的原理，在分光器的分光面上镀上金属膜做成金属膜分幅移相器。两反两透均一透一反优点：两光束受振动和大气扰动的影响相同，元件少，结构紧凑。缺点：两相干光束的光强不同，影响条纹对比度（4）分偏振法移相特点:结构较复杂，不受大气影响,可靠。2.干涉条纹的计数及判向原理当1324定义为正向当存在反向时1后边出现的应该是?所以只须判断第二和第四信号的脉冲次序即可由于相差为90度,一个计数对应的是0.25个波长所以L