chapter 6 深圳大學(xué) 光電檢測技術(shù) 課件

光電干預(yù)檢測技術(shù)與系統(tǒng)文僑深圳大學(xué)光電工程學(xué)院344房間?光電檢測技術(shù)?課程2蟬翅在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下白光下的油膜肥皂泡玩過嗎?光的干預(yù)大家在自然界中可以觀察到的干預(yù)現(xiàn)象？3波的干預(yù)兩點源波的干預(yù)三只蠟燭同時照在墻壁無光強度明暗變化的干預(yù)現(xiàn)象發(fā)生強度明暗變化的干預(yù)現(xiàn)象4相干vs.非相干疊加同相疊加反相疊加隨機相位疊加===相長干預(yù)

相消干預(yù)非干預(yù)疊加5振動方向相同振動頻率相同相位差保持恒定光程差不太大光強差不太大產(chǎn)生相干光的條件光程差不能太大，否那么由同一波列分成的兩個波列不能相遇產(chǎn)生干預(yù)的必要條件6

相干光的獲得分波陣面法分振幅法薄膜干涉楊氏雙縫干涉雙棱（面）鏡干涉洛埃鏡干涉等傾干涉等厚干涉邁克爾遜干涉儀牛頓環(huán)劈尖干涉增透膜增反膜由普通光源獲得相干光源？7分波陣面法與分振幅法分波陣面法：在同一波面上兩固定點光源，發(fā)出的光產(chǎn)生干預(yù)的方法，如楊氏雙縫干預(yù)實驗。pS

*分波面法分振幅法：一束光線經(jīng)過介質(zhì)薄膜的反射與折射，形成的兩束光線產(chǎn)生干預(yù)的方法。如薄膜干預(yù)、等厚干預(yù)等。分振幅法·p薄膜S*9時間相干性〔續(xù)〕傅立葉變換：對波列E(t)作傅立葉變換，得頻譜分布：10時間相干性〔續(xù)〕波列的能譜：波列長度和譜線寬度的關(guān)系11相干長度可發(fā)生干預(yù)不能發(fā)生干預(yù)相干長度：即波列長度列波能發(fā)生干預(yù)的最大波程差叫相干長度。波列長L=

c12相干長度與相干時間SS1S2c1c2b1b2a1a2

·PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P·才能發(fā)生干預(yù)。能干預(yù)不能干預(yù)只有同一波列分成的兩局部，經(jīng)過不同的路程再相遇時，相干時間：光通過相干長度所需時間。光的單色性好，時間相干性也就好。相干長度和相干時間就長，13普通單色光：激光：〔實際上，一般為10-1101m〕〔理想情況〕相干長度與相干時間(續(xù))14實際使用的單色光源都有一定的光譜寬度

范圍內(nèi)的每條譜線都各自形成一組干涉條紋，且除零級以外，相互有偏移，各組條紋重疊的結(jié)果使條紋可見度下降線寬對干預(yù)條紋的影響

0II0

-(

/2)合成光強x1234560123450I

+(

/2)15I0

2

-2

4

-4

4I1襯比度差(V<1)襯比度好(V=1)振幅比，決定襯比度的因素：光源的寬度，光源的單色性，IImaxImin0

2

-2

4

-4

干預(yù)條紋可反映光的全部信息〔強度，相位〕條紋襯比度〔比照度，反襯度，contrast〕光源的偏振態(tài)16空間相干性〔spatialcoherence〕空間相干性的概念光源寬度對干預(yù)條紋襯比度的影響S1d/2S2RD光源寬度為bb/2L

MN

0M0N0LI非相干疊加+1L

1NxI合成光強Ix合成光強b增大

17xI合成光強0N

x+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源寬度為b0b0/2L

MN

0M0N0LI非相干疊加+1L

1N極限寬度：當(dāng)光源寬度b增大到某個寬度b0時，干預(yù)條紋剛好消失：空間相干性〔續(xù)〕18牛頓環(huán)牛頓干預(yù)儀光程差：牛頓環(huán)，是牛頓在1675年首先觀察到的。19牛頓雖然發(fā)現(xiàn)了牛頓環(huán)，并做了精確的定量測定，已經(jīng)走到了光的波動說的邊緣牛頓環(huán)乃是光的波動性的最好證明之一可牛頓卻不從實際出發(fā)，而是從他所信奉的微粒說，提出了一個“一陣容易反射，一陣容易透射〞的復(fù)雜理論牛頓最終無法解釋牛頓環(huán)的形成，與光的波動性失之交臂直到１９世紀(jì)初，英國科學(xué)家托馬斯·楊才用光的波動說完滿地解釋了牛頓環(huán)實驗。牛頓環(huán)與光的波動性20牛頓干預(yù)儀牛頓環(huán)的應(yīng)用壓壓時環(huán)外擴：需要打磨中央還是打磨邊緣？壓要打磨邊緣局部要打磨中央局部

壓時環(huán)內(nèi)縮：需要打磨中央還是打磨邊緣？21光電檢測光學(xué)干預(yù)系統(tǒng)22典型光學(xué)干預(yù)——邁克爾遜干預(yù)

邁克耳遜邁克耳孫〔〕因創(chuàng)造精密光學(xué)儀器，用以進行光譜學(xué)和度量學(xué)的研究，并精確測出光速，獲1907年諾貝爾物理獎。美籍德國人23邁克耳遜干預(yù)儀光束2′和1′發(fā)生干預(yù)假設(shè)M1、M2平行等傾條紋假設(shè)M1、M2有小夾角等厚條紋十字叉絲等厚條紋M

122

11

半透半反膜補償板反射鏡反射鏡光源觀測裝置薄膜那么有：補償板可補償兩臂的附加光程差。若M1平移

d時，干涉條移過N條，SM2M1G1G2E思考題：如何提高邁克爾遜干預(yù)儀的精度？24邁克耳遜干預(yù)儀邁克爾遜雙光程干預(yù)儀邁克爾遜多光程干預(yù)儀25邁克耳孫干預(yù)儀至今仍是許多光學(xué)儀器的核心。愛因斯坦贊譽道：“我總認(rèn)為邁克耳孫是科學(xué)中的藝術(shù)家，他的最大樂趣似乎來自實驗本身的優(yōu)美和所使用方法的精湛，他從來不認(rèn)為自己在科學(xué)上是個嚴(yán)格的‘專家’，事實上確實不是，但始終是個藝術(shù)家。〞許多著名的實驗都堪稱科學(xué)中的藝術(shù)，如：全息照相實驗、吳健雄實驗等等。重要的物理思想＋巧妙的實驗構(gòu)思＋精湛的實驗技術(shù)

科學(xué)中的藝術(shù)邁克耳遜干預(yù)儀26續(xù)上以太光對地球u光對以太c地球?qū)σ蕴玽c+v2cv2cv2cv2cs若能用實驗證明光波對地球的相對運動符合上述規(guī)律，則地球?qū)σ蕴慕^對運動將被證實，“以太”觀點成立。u邁克耳孫設(shè)計了一種檢驗方法：根據(jù)“以太”觀點，充滿宇宙的“以太”是一切運動的絕對參考系。光波靠“以太”傳播，光對“以太”的絕對速度為

。c若在地球上固定一光源，s按伽利略的速度合成法則，地球?qū)σ蕴慕^對運動必滿足：cu+v或ucv邁克耳孫莫雷實驗尋找“以太”失敗實例v地球c光對以太v地球?qū)σ蕴鈱Φ厍騯s底盤1鏡2鏡玻片O11m臂長l=

590nm邁克耳孫干涉儀cv+cv2cv22cv2觀察記錄干涉條紋邁克耳遜莫雷實驗假如存在“以太”，的u大小必與傳播方向有關(guān)。繞中心O轉(zhuǎn)動干涉儀，兩臂光程差必改變，干涉條紋必有移動。干涉儀轉(zhuǎn)過90°，兩臂位置取向互換，光程差改變達(dá)極大，條紋移動量亦達(dá)極大。相對速率若“以太”觀點成立，預(yù)期有0.4根條紋移動量。（儀器的靈敏度，可判斷0.01根條紋的移動量）。實測結(jié)果經(jīng)過不同季節(jié)、不同時間的反復(fù)仔細(xì)觀測記錄，沒有發(fā)現(xiàn)預(yù)期的條紋移動。在歷史上曾被稱為有關(guān)尋找“以太”著名的“零結(jié)果”。尋找“以太〞失敗實例地球s底盤1鏡2鏡玻片O邁克耳孫干涉儀cv+cv2cv22cv2觀察記錄干涉條紋相對速率地球s底盤1鏡2鏡玻片O11m臂長l=

590nm邁克耳孫干涉儀cv+cv2cv22cv2觀察記錄干涉條紋相對速率27雙星觀測BE天文臺vvBAOvB“以太〞論的觀點：假設(shè)整個宇宙都充滿著一種絕對靜止的特殊媒質(zhì)“以太〞〔ether,又稱能媒〕。它是優(yōu)于其它參考系的絕對參考系。光對“以太〞的速度為c。物理定律在“以太〞參考系中具有最簡單的形式，而對別的參考系，有可能要改變形式。電磁學(xué)定律在不同慣性系有不同的形式是正?，F(xiàn)象。28歷史背景歷史背景歷史背景伽利略（1564-1642）牛頓（1642-1722）麥克斯韋（1831-1879）………物理學(xué)關(guān)鍵概念的發(fā)展1600190018001700力學(xué)熱力學(xué)電磁學(xué)2000相對論量子力學(xué)愛因斯坦（1879-1955）……1900年,著名物理學(xué)家開爾文在元旦獻(xiàn)詞中的名言：

“

在物理學(xué)的天空，一切都已明朗潔凈了，只剩下兩朵烏云，一朵與麥克耳孫-莫雷實驗（尋找“以太”）有關(guān)，另一朵與黑體輻射有關(guān)?！钡麉s沒有料到，這兩朵小小的烏云正孕育著一場暴風(fēng)雨，并促成了近代物理學(xué)的兩大理論支柱相對論和量子力學(xué)的誕生。29Sagnac效應(yīng)Sagnac效應(yīng)紅色為順時針CW藍(lán)色為逆時針CCW對于環(huán)行激光器，順、逆時針諧振腔往返一周自再現(xiàn)時光程的微小差異，引起頻率的極大改變30從駐波來理解Sagnac效應(yīng)腔內(nèi)形成駐波：31當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速的絕對值低于閾值ΩL時，陀螺輸出的拍頻為0，稱為閉鎖Sagnac效應(yīng)閉鎖的根源：順、逆時針光在重疊區(qū)域發(fā)生相互耦合32光學(xué)陀螺(OpticalGyroscope)光學(xué)陀螺：一種利用Sagnac效應(yīng)來測量物體相對于慣性空間的

角速度或轉(zhuǎn)角的光學(xué)儀器33陀螺儀：定義、緣起廣義概念

Gyroscope古希臘語：

旋轉(zhuǎn)傳感器

狹義概念

陀螺：

繞自身對稱軸高速旋轉(zhuǎn)的剛體

陀螺儀：陀螺+支撐及輔助裝置，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度測量功能

角動量守恒34慣性導(dǎo)航核心元件：加速度計+陀螺儀光學(xué)陀螺是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件慣性導(dǎo)航:是一種自主式的導(dǎo)航方法，它完全依靠自載設(shè)備自主的完成導(dǎo)航任務(wù)，提供包括位置、航向、速度、加速度，以及姿態(tài)角、轉(zhuǎn)動角速率在內(nèi)的全部導(dǎo)航和制導(dǎo)信息。最關(guān)鍵的部件集成技術(shù)最高難度最大！35我在哪里？我將往哪里去？在浩瀚的宇宙之中，如何確定自己在哪里?如何保持固定的方向往目的地前進?362003年漢光演習(xí)幻象機云母飛彈的靶被海軍標(biāo)準(zhǔn)飛彈誤擊AH-1W攻擊直升機發(fā)射地獄火飛彈脫靶潛射重型線導(dǎo)魚雷脫靶37哈伯望遠(yuǎn)鏡1999以來，哈伯望遠(yuǎn)鏡就由于陀螺失靈而無法工作發(fā)現(xiàn)號到達(dá)哈伯運行軌道的航天員更換了陀螺哈伯太空望遠(yuǎn)鏡至少需要三個正常工作的陀螺才能使她在太空中按要求保持姿態(tài)，從而有效地獲取信息381996年長三乙火箭發(fā)射失敗長三乙火箭的首次發(fā)射是在1996年2月15日，由于陀螺的失效，使得慣性基準(zhǔn)傾斜，火箭按錯誤的姿態(tài)信號進行姿態(tài)矯正，導(dǎo)致火箭在飛行22秒以后，觸底爆炸，星箭俱毀，發(fā)射失敗39光學(xué)陀螺應(yīng)用激光陀螺：廣泛應(yīng)用于重要的民用經(jīng)濟領(lǐng)域，更是重要的軍事裝備系統(tǒng)的核心部件，各國都在嚴(yán)格控制外流的關(guān)鍵技術(shù)輪船飛機航天高檔轎車潛艇坦克導(dǎo)彈40為什么選擇光學(xué)陀螺？因為光學(xué)陀螺具有如下優(yōu)點：高靈敏度和高精度0.0005o/小時體積小、重量輕使用壽命長信號可直接用數(shù)字輸出光束傳播速度快、無慣性，啟動時間短41光纖陀螺FOG—FiberOpticalGyroscope屬于無源光學(xué)陀螺，干預(yù)型測量的是CW、CCW光的相位差光源探測器分束器耦合棱鏡光纖環(huán)光學(xué)陀螺按工作類型分類42光纖陀螺增加繞環(huán)匝數(shù)提高靈敏度光纖陀螺測量的是CW、CCW光的相位差，如何提高靈敏度？434445環(huán)形激光陀螺RLG—RingLaserGyroscope屬于有源光學(xué)陀螺，諧振型測量的是CW、CCW光的頻率差光學(xué)陀螺按工作類型分類46克服閉鎖的傳統(tǒng)途徑：直接：盡力減小鎖區(qū)〔提高光學(xué)元件質(zhì)量和氣體純度〕偏頻激光陀螺閉鎖及對策加偏頻,工作點移出閉鎖區(qū)47克服激光陀螺閉鎖對策——機械抖動偏頻48陀螺按精度分類高精度陀螺儀高精度陀螺儀指精度在5×10-4o/h到10-2o/h的陀螺儀。目前最具有開展前景的陀螺儀就是光學(xué)陀螺儀，主要指激光陀螺儀。最近幾年，由于光纖陀螺在精度、性能和尺寸上的開展，受到各國陸?？杖姷那嗖A。49陀螺按精度分類中精度陀螺儀精度在10-2o/h或者更高的光纖陀螺。在軍用方面，艦艇、潛艇以及導(dǎo)彈均將裝備光纖陀螺用以導(dǎo)航和制導(dǎo)。在民用方面，光纖陀螺儀可用于飛機導(dǎo)航導(dǎo)航和石油勘察、鉆井導(dǎo)向(確定下鉆的位置)，特別是在工業(yè)上的應(yīng)用具有極大的開展?jié)摿Α?0低精度陀螺儀低精度陀螺儀指精度范圍10-1o/h左右的陀螺儀。目前有開展前景的是微機械陀螺儀。雖然精度低，但低廉的價格使其具有廣闊的應(yīng)用前景。微機械陀螺儀有望在一些新的領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如車載導(dǎo)航系統(tǒng)、天文望遠(yuǎn)鏡、工業(yè)機器人等方面。陀螺按精度分類51斐索〔1819-1896〕法國物理學(xué)家斐索干預(yù)儀控制齒輪轉(zhuǎn)速，當(dāng)增加轉(zhuǎn)速到看不到光時，說明光往返的時間和齒輪轉(zhuǎn)過一齒的時間正好相等。菲索測得的光速是315000千米/秒。最早不依靠天文常數(shù)測得光速的實驗。斐索齒輪測距(1849年)52斐索平面干預(yù)儀斐索干預(yù)儀：非接觸型等厚〔或等傾斜〕干預(yù)型的裝置激光斐索型平面干預(yù)儀根本光路圖2平面鏡3聚光鏡7物鏡4小孔光闌5分束鏡6探測器M1參考平面M2被測平面1激光束斐索型干預(yù)測量法中由于樣板和被測外表間距較大，必須用單色光源，一般采用激光光源。53斐索干預(yù)儀與牛頓干預(yù)儀的區(qū)別牛頓環(huán)干預(yù)儀存在問題：①標(biāo)準(zhǔn)樣板與被測外表必須十分清潔，否那么會損傷樣品外表；②清潔工作多拿在手中擦試，由于體溫的影響，影響測試準(zhǔn)確度；③樣板有一定重量壓在被測外表上，必然會產(chǎn)生一定的變形，尤其是對大平面零件。斐索型干預(yù)儀優(yōu)缺點：①防止牛頓環(huán)上述缺點②測試大口徑樣品時，可利用液體外表做參考平面〔平整度高〕〔選用粘稠度大、本省比較均勻清潔液體〕③測量法中由于樣板和被測外表間距較大，必須用單色光源，一般采用激光光源。1237456M1參考平面M2被測平面54斐索球面干預(yù)儀原理：由標(biāo)準(zhǔn)參考面〔紅線〕與被測面〔藍(lán)線〕反射回來的兩束光形成等厚干預(yù)條紋被測球面沒誤差時，干預(yù)場中得到等間距直條紋注意：被測球面的球心C與標(biāo)準(zhǔn)鏡組最后一面的球心C0精確重合。激光器標(biāo)準(zhǔn)物鏡組標(biāo)準(zhǔn)參考面被測鏡CCD相機激光斐索型球面干涉儀C,C0O斐索球面干預(yù)儀55波面剪切干預(yù)①參考光與被測光進行干預(yù)②需要光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)件③干預(yù)條紋與被測波面關(guān)系簡單④非共路〔程〕干預(yù)⑤抗干擾性差斐索干預(yù)①利用待測參考光自身的干預(yù)②不需要光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)件③干預(yù)條紋與被測波面關(guān)系復(fù)雜④共路〔程〕干預(yù)⑤抗干擾性強波面剪切干預(yù)5656波面剪切干預(yù)原理：通過某種裝置將一個空間波面分裂為兩個完全相同或相似的波面，兩者彼此間產(chǎn)生一個小的空間位移，因為波面上各點是相干的，那么在兩個波面的重疊區(qū)形成一組干預(yù)條紋，通過分析和處理干預(yù)圖樣，可以獲得原始波面的信息。波面剪切干預(yù)原理待測波面待測波面待測波面待測波面(空間位移)干預(yù)條紋57當(dāng)波面在x方向上有剪切時，因此原始波面與剪切波面在P點的光程差為

在剪切量s比較小，且剪切方向與x軸一致的情況下，近似地有

剪切干預(yù)條紋對應(yīng)的是被測波面的斜率，因此，必須利用上述方程求解波面面形與干預(yù)條紋形狀的對應(yīng)關(guān)系。xsP(x,y)橫向剪切干預(yù)示意圖波面剪切干預(yù)原理58默蒂(Murty)1964年設(shè)計的平行平板波面剪切干預(yù)儀顯微物鏡被檢透鏡空間濾波器橫向剪切量sHe-Ne光束平行平板橫向剪切干涉儀波面剪切干預(yù)的實現(xiàn)帶有初級像差的波面相對于中心位于高斯像點的球面波的偏差量，可以表示為式中，A、B、C、D分別表示球差、彗差、象散和離焦系數(shù)；E為繞y軸的傾斜系數(shù)；F為繞x軸的傾斜系數(shù)。59a）焦前離焦僅有離焦波面的橫向剪切干涉圖b）焦點c）焦后離焦橫向波面剪切干預(yù)只考慮離焦點時，初級像差的波面表示為離焦引起的波面剪切時的干預(yù)光程差：60只考慮初級球差時考慮離焦+初級球差時原始波面具有初級球差并存在不同離焦量時的橫向剪切干涉圖a）焦前b）焦點處c）焦后橫向波面剪切干預(yù)61只考慮初級彗差當(dāng)在x方向剪切時，那么有a)焦點處b）有小量離焦有初級彗差時的橫向剪切干涉圖（弧矢方向剪切）橫向波面剪切干預(yù)62只考慮初級彗差當(dāng)在y方向剪切時，那么有橫向波面剪切干預(yù)a)焦點處b）有離焦有初級彗差時的橫向剪切干涉圖（子午方向剪切）63檢驗大凹面鏡的平行平板橫向剪切干預(yù)儀檢驗大凹面鏡的平行平板橫向剪切干涉儀顯微物鏡優(yōu)質(zhì)透鏡空間濾波器橫向剪切量s優(yōu)質(zhì)透鏡被檢凹面鏡橫向波面剪切干預(yù)64雙平板橫向剪切干預(yù)儀顯微物鏡被檢透鏡空間濾波器橫向剪切量sHe-Ne光束雙平板橫向剪切干涉儀橫向波面剪切干預(yù)65利用兩塊波帶板的徑向剪切干預(yù)波帶片1波帶片2被檢波面兩波帶片形成的徑向剪切干涉原理圖徑向波面剪切干預(yù)66Murty于1964年提出的基于開普勒望遠(yuǎn)系統(tǒng)的環(huán)路徑向剪切干預(yù)儀波面偏差的測量不確定度可達(dá)λ/10~λ/15的水平。環(huán)形徑向剪切干涉系統(tǒng)M2M1L1L2BSW(x,y)徑向波面剪切干預(yù)67會聚光橫向剪切會聚光橫向、徑向剪切組件被測物鏡分束鏡投影屏F′平面反射鏡1平面反射鏡2橫向、徑向波面剪切干預(yù)旋轉(zhuǎn)橫向剪切平移徑向剪切68外差檢測定義：是將待測信號光與本振光同時入射到探測器的光敏面上，形成光的干預(yù)圖樣〔光混頻效應(yīng)〕，探測器響應(yīng)光混頻效應(yīng)而輸出光電流，該光電流不僅與光強有關(guān)，還與輸入光的頻率和位相有關(guān)。外差干預(yù)外差檢測構(gòu)成：外差檢測優(yōu)點：克服直流漂移，提高測量精度69設(shè)測試光路和參考光路的光波頻率分別為ω和ω+Δω，其電場分別為

外差干預(yù)原理探測器光敏面上的總(合成)光場為那么干預(yù)場的瞬時光強為普通干預(yù)外差干預(yù)〔條紋只隨空間變化，不隨時間變化〕〔條紋隨空間變化，也隨時間變化〕70外差干預(yù)原理拍頻信號71外差檢測的頻率條件單色性光外差檢測是兩束光波迭加產(chǎn)生干預(yù)的結(jié)果，其干預(yù)程度取決于兩束光的單色性，既兩束光應(yīng)具有單一的頻率，或足夠窄并互相交迭的光譜，激光器那么需單縱模運行。頻率穩(wěn)定性信號光與本振光的頻率漂移會使外差性能變壞，假設(shè)頻移超出中頻帶寬，系統(tǒng)就不能正常工作，故光源需附有穩(wěn)頻措施。72如果圓偏振光通過一個旋轉(zhuǎn)中的半波片，那么透射光將產(chǎn)生兩倍于半波片旋轉(zhuǎn)頻率f的頻移，即。當(dāng)干預(yù)儀中的參考鏡以勻速v沿光軸方向移動時，那么垂直入射的反射光將產(chǎn)生的頻移為。②光學(xué)機械頻移：外差檢測光源

外差干預(yù)需要雙頻光源,其頻差根據(jù)需要選定。①雙頻激光器：雙縱模He-Ne激光器——頻差約600MHz〔較大〕塞曼效應(yīng)He-Ne激光器——可得到1~2MHz的頻差塞曼效應(yīng)：當(dāng)原子被置于磁場中，其能級發(fā)生分裂，因而輻射和吸收也發(fā)生相對應(yīng)分裂。73外差檢測光源

頻移比照：塞曼效應(yīng)：2～3MHz旋轉(zhuǎn)波片：2～3kHz，變換效率90％聲光效應(yīng)：～100MHz，變換效率20％旋轉(zhuǎn)光柵：～20MHz，變換頻率20％74①激光外差干預(yù)測長數(shù)據(jù)處理雙頻激光器1/4波片準(zhǔn)直系統(tǒng)可動角隅棱鏡檢偏器v棱鏡移動速度探測器

前置放大器f2f1f1±Δff2f1f2f1±Δf雙頻激光器外差干預(yù)測長原理圖偏振分光鏡f2－f1f2－〔f1±Δf〕外差檢測應(yīng)用左、右旋圓偏振光75平面鏡干預(yù)系統(tǒng)傾斜光路圖該干預(yù)儀系統(tǒng)有以下兩個特點：(1)儀器分辨力由于多普勒頻差增加一倍而增加一倍；

(2)光束第一次反射傾斜被第二次反射傾斜完全補償。提高外差檢測精度平面鏡干預(yù)系統(tǒng)光路圖偏振分光鏡對S光反射，P光透射偏振光兩次經(jīng)過1/4波片，偏振偏轉(zhuǎn)90o

運動的平面鏡76②激光外差干預(yù)測量微振動f0f0＋fs單頻激光器〔偏振光〕聲光調(diào)制器棱鏡1/2波片分束器探測器1/4波片振動體雙頻激光測量振動光路示意圖f0±fD

頻率fs信號由聲光調(diào)制器的信號源直接輸入混頻器與拍頻信號混頻，把多普勒頻移fD解調(diào)出來。外差檢測應(yīng)用fD77移相檢測：在參考臂中引入一個隨時間變化的相位調(diào)制。移相干預(yù)檢測被測鏡參考鏡激光移相干涉光路原理圖壓電晶體目的：為了減小測量不確定度，引入移相干預(yù)技術(shù)，通過采集多幅位相變化的干預(yù)圖樣的強度分布，消除干預(yù)場中的固定噪聲、探測與判讀的靈敏度限制及其不一致性。78參考波前為

被測波面的波前為被測鏡參考鏡激光移相干涉光路原理圖壓電晶體L是參考面和被測面到分束板的距離w(x,y)是被測波面(位相)li是壓電晶體帶動參考鏡作正弦振動的瞬時振幅

干預(yù)條紋的光強分布為移相干預(yù)檢測原理79傅里葉展開系數(shù)傅里葉展開系數(shù)同時，對被測波面上所有的點，I(x,y,li)是li的余弦函數(shù)，因此可以寫出它的傅立葉級數(shù)形式將I(x,y,li)按三角函數(shù)展開有于是可得移相干預(yù)檢測原理(續(xù))式中存在a、b、w(x,y)三個未知量，要從方程中解出w(x,y)，至少需要移相三次，采集三幅干預(yù)圖80對每一點(x,y)的傅立葉級數(shù)的系數(shù)，還可以用三角函數(shù)的正交性求得便于實際的抽樣檢測，用和式代替積分

n為參考鏡振動一個周期中的抽樣點數(shù)移相干預(yù)檢測原理(續(xù))81于是，可得特殊地，取四步移相，即n=4，使移相干預(yù)檢測原理(續(xù))移相法優(yōu)點：移相法中含有減法和除法，干預(yù)場中的固定噪聲和面陣探測器不一致性影響可自動消除得82面陣探測器可變衰減器偏振分光鏡檢偏器激光器壓電晶體1/2波片1/4波片被測表面齊明鏡組1/4波片激光移相干涉系統(tǒng)光路圖性能：測量平面最大直徑為125mm；測量不確定度達(dá)1/100波長。

移相干預(yù)檢測應(yīng)用美國貝爾實驗室研制用于檢測光學(xué)零件外表的移相干預(yù)儀83干預(yù)條紋判向:需要兩個光電探測器，他們之間相位差p/2干預(yù)條紋移相系統(tǒng)光電接收器波形變換倒相(sin)微分電路微分電路(sin)(-sin)光電接收器波形變換倒相(cos)微分電路微分電路(-cos)(cos)可逆計數(shù)器計算機條紋移動判向計數(shù)原理框圖如何判斷干預(yù)條紋移動方向？8484干預(yù)條紋計數(shù)與判向sin

cos00(sin)(-sin)(cos)(-cos)(sin)(-sin)(cos)(-cos)(-cos)(cos)(-cos)(cos)(cos)超前p/2123434干預(yù)條紋計數(shù)判向電路波形當(dāng)cos信號超前p/2時〔設(shè)為正向〕脈沖信號的順序為1、3、2、4，當(dāng)cos信號滯后p/2時〔應(yīng)為反向〕：脈沖信號的順序為1、4、2、3如何判斷干預(yù)條紋移動方向？(cos)滯后p/285為了能夠區(qū)分方向，需要在間距為l/4的位置設(shè)置兩個光電元件，以得到兩個相位差為90°的正弦信號，然后將信號送到辨向電路中去處理。辨向電路86〔a〕〔b〕87全息干預(yù)檢測全息是一種兩步成像技術(shù)：記錄，即以干預(yù)條紋的形式在底片上存儲被攝物體的光強和位相；再現(xiàn)，即用光衍射原理來重現(xiàn)被記錄物體的三維形狀。英籍匈牙利科學(xué)家Gabor貝爾物理學(xué)獎

Gabor為了提高電子顯微鏡的分辨率，提出了全息術(shù)88全息成像具有以下特點：三維性。全息術(shù)能獲得物體的三維信息，成立體像既記錄了光強信息，又記錄了相位信息抗破壞性。全息圖的一局部就可以再現(xiàn)出物體的全貌，僅成像的亮度降低、分辨力下降，而且全息圖不怕油污和擦傷信息容量大光學(xué)系統(tǒng)簡單，原那么上無須透鏡成像全息成像特點89記錄下來的受到物體光波調(diào)制了的干預(yù)條紋，就是全息圖。全息圖實際記錄過程的圖解

全息成像記錄90如果要由全息圖再現(xiàn)原物的形狀和位置，那么如上圖那樣，用同一波長的相干光照射全息圖，被調(diào)制的空間頻率就像一種衍射光柵一樣把光波衍射。由于被衍射的光是沿著與透過物體的光或被物體反射的光相同的方向行進，所以再現(xiàn)的像在空間也有景深，從而可觀測到三維的立體象。全息成像再現(xiàn)91全息干預(yù)二次曝光法：物體變形前，在全息底片上曝光一次，物體變形后，再曝光一次，由此全息底片將物體變形前后的全部信息記錄下來，底片經(jīng)顯影定影后，放回原光路系統(tǒng)，經(jīng)過再現(xiàn)，那么有物體變形前后的兩個物光波。由于他們的相位相應(yīng)有了差異，發(fā)生干預(yù)，形成干預(yù)條紋。利用干預(yù)條紋來測量物體的位移和變形92散斑干預(yù)檢測什么是散斑？帶有相位差并且是相干的二次球面子波相遇產(chǎn)生了強度分布為顆粒狀的條紋稱為散斑散斑怎么產(chǎn)生？當(dāng)相干性好的激光照射光學(xué)粗糙外表〔粗糙度外表不得小于激光波長量級〕時，會出現(xiàn)散斑。有害的影響在實現(xiàn)相干成像、相干光學(xué)圖像處理以及光學(xué)全息再現(xiàn)時，它是一種有害的東西出現(xiàn)在輸出圖像上，影響分辨率，降低圖像質(zhì)量。利用散斑由于其特殊性質(zhì)，已在光學(xué)處理、干測計量、天文測量等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在光學(xué)中已形成一支重要分支〔空間干預(yù)結(jié)果，并非物體的像〕93動態(tài)散斑層析顯微鏡散斑在樣品中分布示意圖(b)焦平面外散斑在CCD上成的像(a)焦平面處散斑在CCD上成的像94動態(tài)散斑層析顯微鏡普通顯微鏡得到的圖動態(tài)散斑層析圖實現(xiàn)層析原理：顯微鏡焦平面信號強度變化劇烈、而焦平面外變化緩慢95物面位移散斑位移散斑干預(yù)檢測測量面內(nèi)位移96散斑干預(yù)檢測測量面內(nèi)位移〔兩次曝光記錄〕全息干板上記錄的強度分布為兩次曝光記錄的兩個散斑圖樣強度之和，即顯影定影之后，全息干板H的復(fù)振幅透過率正比于曝光光強焦平面上的復(fù)振幅分布97忽略焦點處的這一亮點。焦平面上其它位置的光強分布為測得條紋間距e便可求出物體的位移量a散斑干預(yù)檢測測量面內(nèi)位移〔顯示〕98實時法在散射體位移或形變前先拍照一張散斑圖樣，經(jīng)顯影定影后將底片精確復(fù)位。當(dāng)漫射體移動時產(chǎn)生的新的斑紋圖再投射到負(fù)片上，就可比較相關(guān)程度。像面上產(chǎn)生“散斑相關(guān)條紋〞，這種條紋稱為等位移線。雙曝光法將散射體位移前、后各曝光一次，在一張底片上記錄下兩個散斑圖，底片上總的