培训课件：激光干涉测量技术.ppt

文档介绍：激光测量技术
Laser Measurement Technology
第二章激光干涉测量技术
§ 激光干涉测量长度和位移
一、干涉测长的基本原理
激光干涉的条件


(非正交)
(Δτ≤1/Δυ)
干涉数学表达式:
设两路激光分别为
E1 = A cos(ωt + ϕ1 )
E2 = B cos(ωt + ϕ2 )
则合成有:
E = E1 + E2 = A cos(ωt + ϕ1 ) + B cos(ωt + ϕ2 )
= A cos(ωt + ϕ1 ) + B cos(ωt + ϕ1 −Δϕ)
= A cos(ωt + ϕ1 ) + B cos(ωt + ϕ1 ) cos Δϕ+ B sin(ωt + ϕ1 ) sin Δϕ
= ( A + B cos Δϕ) cos(ωt + ϕ1 ) + B sin Δϕ sin(ωt + ϕ1 )
= A' cos(ωt + ϕ1 + Δϕ2 )
Δφ= φ1 - φ2
Δφ2 = arctan
A + BcosΔφ
ABsinΔφ
A' = A2 + 2 AB cos Δϕ+ B 2
I ∝ A2 + 2 AB cos Δϕ+ B 2
2π
λ
⎛ 2π⎞
2
2
⎝λ
nl )
= 2
光的相位与走过的光程有关:
A cos(ωt + ϕ) = B cos(ωt + ϕ0 −
2π
λ
nl )
满足相干条件时有
A cos(ωt + ϕ) = B cos(ωt + ϕ0 −
I ∝ A + B + 2 AB cos⎜(n1l1 − n2l2 ) ⎟
⎠
条纹可见度
M =
I max − I min 2 AB
I max + I min A + B 2
结论
合成干涉光的光强是两路光的光程差的余弦函数
I ∝ A2 + B 2 + 2 AB cos Δ
当
2π
λ
N N
Δ= ∑ ni li −∑ n j l j
i =1 j =1
(n1l1 − n2l2 ) = 2kπ
合成干涉光光强最大, 光越亮
2π
当λ
(n1l1 − n2l2 ) = (2k + 1)π
合成干涉光光强最小, 光越暗
应用
☆光强调制
I∝cosΔ
☆测量臂差
测量明暗变化次数,可测量臂差
☆测量折射率
L均固定, 只有一处折射率变化
☆传感器
通过物理量引起n或者L的变化,测出其变化,
再经过处理,反演出物理量的变化
n均固定/已知, 一路光的光程固定, 由下公式可知,即测
量位移和长度
N N
Δ= ∑ ni li −∑ n j l j
i =1 j =1
通过测量光强的变化的次数,测量某臂的光程变化:
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,要监视整个测量测量的过程
以Michelson干涉仪为例:
开始测量时,两束光的光程差为
Δ1 = 2n(Lm − Lc )
测量结束时,两束光的光程差为
Δ 2 = 2n(Lm + L − Lc ) = 2nL + Δ1
光程差变化量
dΔ= Δ 2 −Δ1 = 2nL
移动距离
L = K
λ
2
二、测量系统组成


(一)干涉仪系统
主要包括:光源、分束器、反射器、补偿元器件
1. 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
1. 干涉仪常用分束方法
(1)分波阵面法
(2)分振幅法