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光学测量
第一节光学面形偏差的检测
第三章光学零部件的基本测量
光学测量
概述:
光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统的检验中获得广泛应用。
在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量中,斐索型干涉测量法与在光学车间广泛应用的牛顿型干涉测量法(样板法或牛顿型干涉法)相比,属于非接触测量。
第一节光学面形偏差的检测
干涉法
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现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。激光、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发展起着重要的作用。
历史进程:
17世纪后半叶,玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观察了两块玻璃板接触时出现的彩色条纹(后被称作牛顿环),人类从此开始注意到了干涉现象。
1690年,惠更斯出版《论光》,提出“波动”说。
1704年,牛顿出版《光学》,提出了“微粒”说。
1801年,托马斯·杨(ThomasYoung)完成了著名的杨氏双缝实验,人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。
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干涉法
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历史进程:
1818年,阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能干涉,导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。
1860年,麦克斯韦()的电磁场理论为干涉技术奠定了坚实的理论基础。
1881年,迈克尔逊()设计了著名的干涉实验来测量“以太”漂移,导致“以太”说的破灭和相对论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米原器作比对,导致后来用光波长定义“米”。
1900年,普朗克(MaxPlanck)提出辐射的量子理论,成为近代物理学的起点。
干涉法
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历史进程:
1905年,爱因斯坦(AlbertEinstein)提出相对论原理。
1924年,LouisdeBroglie推导出deBroglie波方程,认为所有的运动粒子都具有相应的波长,为隧道显微镜、原子力显微镜的诞生做了理论准备。
1960年,梅曼(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器,以及微电子技术和计算机技术的飞速发展,使光学干涉技术的发展进入了快速增长时期。
1982年,,1986年发明原子力显微镜,从此开始了干涉技术向纳米、亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。
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干涉法
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分类:
干涉测试技术
按光波
分光方式
按相干光束
传播路径
按用途
分振幅式
分波阵面式
共程干涉
非共程干涉
静态干涉
动态干涉
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影响干涉条纹对比度的因素
干涉条纹对比度可定义为
式中,Imax、Imin分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值,也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。
当Imin=0时K=1,对比度有最大值;而当Imax=Imin时K=0,条纹消失。在实际应用中,对比度一般都小于1。
对目视干涉仪可以认为:当K>,对比度就算是好的;而当K>,可以算是满意的;当K=,条纹尚可辨认,但是已经相当困难的了。
对动态干涉测试系统,对条纹对比度的要求就比较低。
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影响干涉条纹对比度的因素
②光源大小与空间相干性
干涉图样的照度,在很大程度上取决于光源的尺寸,而光源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响:
由平行平板产生的等倾干涉,无论多么宽的光源尺寸,其干涉图样都有很好的对比度。
杨氏干涉实验只在限制狭缝宽度的情况下,才能看清干涉图样。
由楔形板产生的等厚干涉图样,则是介于以上两种情况之间。
图4-3光阑孔大小对干涉条纹对比度的影响
a)b)c)
,可得光源的许可半径
在干涉测量中,采取尽量减小光源尺
寸的措施,固然可以提高条纹的对比
度,但干涉场的亮度也随之减弱。
当采用激光作为光源时,因为光源上
各点所发出的光束之间有固定的相位
关系,形成的干涉条纹也有固定的分
布,而与光源的尺寸无关。激光光源
的大小不受限制,激光的空间相干性
比普通光源好得多。
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影响干涉条纹对比度的因素
③相干光束光强不等和杂散光的影响
设两支相干光的光强为I2=nI1,则有
图4-4对比度K与两支干涉光强比n的关系
可见,没有必要追求两支
相干光束的光强严格相等。
尤其在其中一支光束光强
很小的情况下,人为降低
另一支光束的光强,甚至
是有害的。因为这会导致
不适当地降低干涉图样的
照度,从而提升了人眼的
对比度灵敏阈值,不利于
目视观测。
非期望的杂散光进入干涉场,会严重影响条纹对比度。
设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为,则
于是
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