文档介绍：光电测试技术
第六章 激光衍射测试技术
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引 言
光波在传播过程中遇到障碍物时，会偏离原来的传播方向，绕过障碍物的边缘而进入几何阴影区，并在障碍物后的观察屏上呈现光强的不均匀分布，这种现象称为光的衍射。使光波发生衍射的障碍物或者其它能使入射光波的振幅或位相分布发生某种变化的光屏称为衍射屏。
激光出现后，由于它具有高亮度、相干性好等优点，使光的衍射现象在测试技术中得到了实质性应用。
激光衍射测试技术是一种高准确度、小量程的精密测量技术，应用比较广泛。
通常把衍射现象分为二类：
1）菲涅耳衍射，光源和观察屏（或二者之一）离开衍射屏距离有限，又称为近场衍射；
2）夫琅和费衍射，光源和观察屏距离衍射屏都相当于无限远，因而又称为远场衍射。
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惠更斯－菲涅耳原理
1、惠更斯原理 (Huygens’ principle)：
（1）波阵面的形成，
（2）波面的传播方向：沿各个方向。
2、菲涅耳原理
因惠更斯子波来自同一光源，具有相干性，波阵面外任一点光振动应该是波面上所有子波相干叠加的结果。
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基尔霍夫 (Kirchhoff) 从波动方程出发，用场论得出了比较严格的衍射公式。
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设有两个互补屏E1和E2，则有：
E1＋E2＝无屏
产生的衍射：
除中心点P＝0，
则
光强：
所以形状大小一样的屏和孔产生的衍射图样是一样的，一个形状相等的狭缝和细丝的衍射图形也是一样。
巴比涅原理(Babinet’ principle)
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§6-1 激光衍射测试技术基础
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§6-1 激光衍射测试技术基础
单缝衍射
夫琅和费衍射的计算比较简单，特别是对于简单形状孔径的衍射，通常能够以解析形式求出积分，并且夫琅和费衍射是光学仪器中最常见的衍射现象。激光衍射测量的基本原理是利用激光的夫琅和费衍射。
①夫琅和费衍射实验装置
b
θ
L1
L2
S
Pθ
P0
单缝夫琅和费衍射的实验装置
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§6-1 激光衍射测试技术基础
单缝衍射
②单缝夫琅和费衍射强度分布
用振幅矢量法或衍射积分法都可以得到缝宽为b的单缝夫琅和费衍射光强分布表达式：
其中
其分布如图示。
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单缝夫琅和费衍射的相对光强分布
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§6-1 激光衍射测试技术基础
单缝衍射
③单缝测量的基本公式
易知，衍射条纹平行于单缝方向。当 ，且k取整数时，出现一系列暗条纹。利用暗条纹作为测量指标，就可以进行计量。
当θ不大时：
因此缝宽b可以写成
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