現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù)

光學(xué)研究方法〔光學(xué)測試技術(shù)〕要求：1.寫一篇綜述論文，字數(shù)3000字以上；2.內(nèi)容：首先對光學(xué)測試技術(shù)進行綜述，然后結(jié)合課內(nèi)講述內(nèi)容，就一個測試內(nèi)容進行綜述，也可以就一個研究領(lǐng)域進行綜述。編輯ppt§1領(lǐng)域與特點一、研究領(lǐng)域但凡利用光學(xué)原理進行精密測量的技術(shù)，都稱為光學(xué)測試技術(shù)。主要方向有：計量、測量、檢驗與測試一般說計量是泛指對物理量的標(biāo)定、傳遞與控制；測量是泛指各種物理量與技術(shù)參數(shù)的獲取方法；檢驗是泛指產(chǎn)品質(zhì)量的評估技術(shù)與方法；而測試那么是測量、試驗與檢驗的總稱，側(cè)重于方法與技術(shù)的研究，而不是產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)定方法研究，光學(xué)測試技術(shù)的主要研究領(lǐng)域如表0－1所示。編輯ppt編輯ppt編輯ppt二、技術(shù)特色編輯ppt三、技術(shù)現(xiàn)狀光電儀器光加工設(shè)備圖0－1光學(xué)產(chǎn)業(yè)開展硯狀現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù)主要介紹：干預(yù)技術(shù)、全息技術(shù)、散斑技術(shù)、莫爾技術(shù)、衍射技術(shù)、光掃描技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、激光多普勒技術(shù)、激光光譜技術(shù)、信息與圖像技術(shù)、光學(xué)納米技術(shù)等。隨著激光器的出現(xiàn)和傅里葉光學(xué)的形成，特別是激光技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了光機電算一體化的現(xiàn)代光學(xué)測試技術(shù)。上圖為光機電算金字塔結(jié)構(gòu)，塔頂是光學(xué)。編輯ppt支撐根底：編輯ppt§2方法的選擇面對一個計量測試任務(wù)，首先碰到的問題是如何合理而可靠地選擇一種好的測試原理。合理選擇光學(xué)測試方法的原那么是根據(jù)五點：1〕測定對象；2〕測定范圍；3〕靈敏度或精度；4〕經(jīng)濟性；5〕測試環(huán)境。測定對象是指被測的類型，例如是測量長度，還是測量角度，是測量速度還是測量位移；是測量溫度還是測定溫度變化。不同測定對象，有完全不同的測試方法。同樣，同一測定類型但測定范圍不同時，也有不同的測試方法可供選擇。編輯ppt表0－4，由測定對象和測定范圍來選擇的測試方法編輯ppt選擇測試方法的另一主要原那么是測量靈敏度和要求的精度。圖0－3是主要光學(xué)測試方法在尺寸上能達到的靈敏度〔分辨率〕。編輯ppt§43技術(shù)開展方向隨著新世紀的開始，科學(xué)技術(shù)必然是高新技術(shù)的日新月異和工業(yè)生產(chǎn)的精密化、自動化和智能化，這就對光學(xué)測試技術(shù)提出新的要求，促使光學(xué)測試技術(shù)的近代開展走向如下幾個方向：(l〕亞微米級、納米級的高精密光學(xué)測量方法首先得到優(yōu)先開展；(2〕快速開展小型的、微型的非接觸式光學(xué)傳感器;(3〕半導(dǎo)體激光器〔LD〕及其陣列，光開關(guān)，光濾波器，光電探測陣列等新器件將在過程控制、在線測量與控制上得到廣泛應(yīng)用；〔4〕微光學(xué)這類微結(jié)構(gòu)系統(tǒng)將嶄露頭角;〔5〕快速、高效的3-D〔三維〕測量技術(shù)將取得突破；〔6〕開展帶存貯功能的全場動態(tài)應(yīng)變測量儀器；〔7〕開展閉環(huán)式光學(xué)測試技術(shù)，實現(xiàn)光學(xué)測量與光學(xué)控制的一體化；〔8〕以微細加工技術(shù)為根底的高精度、小尺寸、低本錢的集成光學(xué)和其他微傳感器將成為主流方向；〔9〕開展光學(xué)診斷和光學(xué)無損檢測技術(shù)。編輯ppt總復(fù)習(xí)第一章光干預(yù)技術(shù)一、泰曼－格林干預(yù)儀的結(jié)構(gòu)和工作原理泰曼-格林干預(yù)儀的結(jié)構(gòu)如圖1-16所示：編輯ppt準單色點光源和透鏡L1提供入射的平面波〔平行光束〕，干預(yù)儀的一臂裝有參考反射鏡M1，另一臂那么裝上被測試的光學(xué)元件M2。光源發(fā)出的光經(jīng)分光鏡分光后分別由M1和被測試的光學(xué)元件M2反射在觀察孔處相遇干預(yù)，形成干預(yù)條紋，干預(yù)條紋可用目視觀察或用照相機〔鏡頭應(yīng)位于L2的焦點處〕把干預(yù)條紋拍攝下來進行分析。根據(jù)干預(yù)條紋的變化，就可判斷被測光學(xué)元件的質(zhì)量。在圖1－16中所示泰曼一格林干預(yù)儀中，球面鏡M2的曲率中心和被測透鏡的焦點重合。如果待測透鏡沒有像差，那么，返回到分束器的反射波將仍是平面的。然而，如果被測透鏡有球差、彗差或像散引起波陣面的變形，那么就會清楚地看到具有畸變的一幅干預(yù)條紋圖，并且可把干預(yù)條紋拍攝下來進行分析。假設(shè)把M2換成平面鏡，就可以檢驗許多別的光學(xué)元件，如梭鏡，光學(xué)平板等。編輯ppt三、共路干預(yù)儀測試在泰曼-格林干預(yù)儀中，由于參考光束和測量光束沿著彼此分開的光路行進，它們受到環(huán)境的振動和溫度的影響不同，如果不采取適當(dāng)?shù)母粽鸷秃銣卮胧?，那么觀察面或接收面上的干預(yù)條紋是不穩(wěn)定的，就不可能進行精確的測量。共路干預(yù)儀可以較好地解決上述問題。所謂共路干預(yù)儀，就是干預(yù)儀中參考光束與測量光束經(jīng)過同一光路，對環(huán)境的振動和溫度、氣流的變化能產(chǎn)生彼此共模抑制，一般無需隔震和恒溫條件也能獲得穩(wěn)定的干預(yù)條紋。編輯ppt〔一〕斐索共路干預(yù)儀測試編輯ppt編輯ppt〔二〕散射板分束器及散射板干預(yù)儀1．散射板分束器散射板分束器是一塊利用特種工藝制作的弱散射體，會聚的入射光束經(jīng)這一散射板以后被一分為二：一局部光束直接透過散射板到達被測外表的中心區(qū)域；另一局部光束經(jīng)散射板后，被散射到被測外表的全孔徑，如圖1－31所示。這兩支光束均由被測外表反射后復(fù)經(jīng)散射板第二次透射、散射后產(chǎn)生干預(yù)。散射板分束器上各點的相位不是隨機分布的，每一散射點都具有對散射板中心反轉(zhuǎn)對稱的相位分布，即相對于散射板中心的每一對對稱散點都是同相點，但相鄰散射點的相對位相呈隨機分布。制板時為了使散射板上的散射點位相具有反轉(zhuǎn)對稱的性質(zhì)，在同一全息干板上要作二次曝光，并在二次曝光時把全息干板繞軸精確地旋轉(zhuǎn)1800。編輯ppt2．散射板干預(yù)儀〔1〕光路原理編輯ppt§1–3多通道干預(yù)儀測試一、雙通道干預(yù)儀〔一〕用雙通道干預(yù)儀進行像差異離在泰曼－格林干預(yù)儀中，當(dāng)被測透鏡存在多種像差時，要從干預(yù)圖中對個別像差進行估計是很困難的，假設(shè)改成雙通道排列來使用，就可以使對稱的波像差和非對稱的波像差以別離的干預(yù)圖顯示出來。雙通道泰曼－格林干涉儀如圖1－70所示。編輯ppt§1-5長度〔間隔、高度、振幅〕的激光干預(yù)測量一、激光干預(yù)測長的工作原理及特點干預(yù)測長儀器是用光波波長為基準來測量各種長度〔如各種線紋尺、量塊、曲率半徑、高度等〕的儀器。干預(yù)測長儀是屬測量干預(yù)場上指定點上位相隨時間而變化的干預(yù)儀。激光干預(yù)測長儀與用其它準單色光源的干預(yù)測長儀相比，具有以下的顯著優(yōu)點：1．測量范圍大：干預(yù)儀的相干長度取決于光源的單色性，可由下式表示：現(xiàn)在已有測量距離大于1000ｍ的干預(yù)測長儀。2．測量速度高用光譜燈來檢定一米長的線紋尺，一般要用幾個小時的時間，用激光作光源來進行檢定一般只要數(shù)分鐘就夠了。測長時，速度的快慢不僅是效率的問題，而且還關(guān)系到測量精度。測量速度愈高，外界干擾因素〔如溫度、氣流及振動等)的影響愈小，愈有利于提高測量精度。3.儀器結(jié)構(gòu)簡化編輯ppt激光干預(yù)測長的工作原理如圖1-101所示。編輯ppt§1-6激光外差干預(yù)測長與測振激光光波干預(yù)比長儀以光波波長為基準來測量各種長度，具有很高的測量精度。這種儀器中，由于動鏡在測量時一般是從靜止?fàn)顟B(tài)開始移動到一定的速度，因此干預(yù)條紋的移動也是從靜止開始逐漸加速，為了對干預(yù)條紋的移動數(shù)進行正確的計數(shù)，光電接收器后的前置放大器一般只能用直流放大器，而不能用交流放大器，因此在測量時，一般對測量環(huán)境有較高的要求，一般的干預(yù)比長儀不能用于車間現(xiàn)場進行精密測量。為了適應(yīng)在車間現(xiàn)場實現(xiàn)干預(yù)計量的需要，必須使干預(yù)儀不僅具有高的測量精度，而且還要具有克服車間現(xiàn)場中氣流及灰霧引起的光電信號直流漂移的性能，光外差干預(yù)技術(shù)是為解決車間現(xiàn)場測量問題而開展起來的。這種技術(shù)的一個共同點是在干預(yù)儀的參考光路中引入具有一定頻率的副載波，干預(yù)后被測信號是通過這一副載波來傳遞，并被光電接收器接收，從而使光電接收器后面的前置放大器可以用一交流放大器代替常規(guī)的直流放大器，以隔絕由于外界環(huán)境干擾引起的直流電平漂移，使儀器能在車間現(xiàn)場環(huán)境下穩(wěn)定工作。編輯ppt一、雙頻激光外差干預(yù)儀圖1-141示出雙頻激光外差干預(yù)儀的光學(xué)系統(tǒng)。干預(yù)儀的光源為一雙頻He-Ne激光器，這種激光器是在全內(nèi)腔單頻He－Ne激光器上加上約300特拉斯的軸向磁場，由于塞曼效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng)，使該激光器輸出一束有兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光，它們頻率差Δν約為1.5MHz。這兩束光經(jīng)分光鏡4分成兩路,反射光經(jīng)檢偏器5產(chǎn)生〞拍〞,其拍頻即為1.5MHz,經(jīng)探測器轉(zhuǎn)電信號,經(jīng)放大器后送給計算機.頻率牽引效應(yīng)：在激光器中，由于激活介質(zhì)的存在，與空的光學(xué)諧振腔不同，其振蕩模工作頻率會因色散的存在位置有所移動，會向激活介質(zhì)的中心頻率稍微靠近，形成所謂頻率牽引現(xiàn)象。編輯ppt假設(shè)測量鏡以速度為ｖ運動(移動或振動〕，那么由于多普勒效應(yīng)，從測量鏡返回光束的光頻發(fā)生變化，其頻移為，該光與返回光會合，形成“拍〞，其拍頻信號可表示為：計算機先將拍頻信號與參考信號進行相減處理后，就得到所需的測量信息.設(shè)在動鏡移動的時間t內(nèi)，由引起的條紋亮暗變化次數(shù)為N，那么有：上式中為在時間ｔ內(nèi)動鏡移動的距離L，于是有：編輯ppt第三章散斑技術(shù)一、散斑的形成及其性質(zhì)當(dāng)一束激光射到物體的粗糙外表〔例如鋁板〕上時，在鋁板前面的空間將布滿明暗相間的亮斑與暗斑；假設(shè)再置一紙屏于鋁板的前面，會更明顯地看到這一現(xiàn)象，這些亮斑與暗斑的分布是雜亂的，故稱為散斑。不管將紙屏置于近處或遠處，都可以看到這一現(xiàn)象，這說明鋁板前面的整個空間都布滿著散斑，僅在紙屏靠近鋁板時，散斑較小，遠離鋁板時，散斑較大。假設(shè)所用鋁板的外表不是粗糙的，而是光滑的話，那么入射光線被鋁板反射，而不成散射，所以在紙屏上將看不到散斑。假設(shè)所用的雖是粗糙的外表，但入射的不是激光，而是白光或鈉光，這時雖發(fā)生散射光，但由于光線并不相干，會聚到P點的各散射光不發(fā)生干預(yù)，即不會形成暗斑和亮斑。編輯ppt二、形成散斑必須具備的條件：1〕必須有能發(fā)生散射光的粗糙外表。為了使散射光較均勻，那么粗糙外表的深度必須大于波長；2〕入射光線的相干度要足夠高，例如使用激光。當(dāng)激光射到毛玻璃上時，因為符合以上兩個條件，所以，在毛玻璃后面的整個空間充滿著散斑。編輯ppt三、離焦記錄時的拍攝裝置圖3-7為離焦記錄時的拍攝裝置。在圖中，位于成像平面P′點的散斑是由觀察面上的P點所決定的，而P點散斑又是由位于物面上M點的面積元dσ所形成的。離焦量Δ大，那么物點上較大的面積形成P點的散斑，測得的是該面元對P點影響的平均值，因而降低了測量精度；另一方面，離焦量Δ大測量靈敏度高，所以在測量中要合理選擇離焦量Δ。在散斑測量中，為了使各方向的轉(zhuǎn)動或移動有同樣的靈敏度，一般取垂直于外表的方向觀察或拍攝。在實際應(yīng)用中亦是這樣的。編輯ppt第四章莫爾條紋技術(shù)§4-2光柵讀數(shù)頭一、莫爾條紋信號的特點〔一〕條紋把位移放大上面已經(jīng)介紹，以微小角度θ疊合的兩塊光柵得到的是橫向條紋，這種莫爾條紋是位移測量的基準。由于W=P/θ，因此條紋放大1/θ倍，就是說光柵副起到一個高質(zhì)量的可調(diào)前置放大器的作用。它能將微小位移變化合理放大，獲得信噪比很大的穩(wěn)定輸出。由于條紋寬度比光柵節(jié)距放大幾百倍，所以有可能在一個條紋間隔內(nèi)安放細分讀數(shù)裝置，以讀取位移的分度值，即進行細分。編輯ppt〔二〕誤差的平均效應(yīng)光電接收元件接收的信號，是進入視場的光柵線數(shù)N的疊加平均的結(jié)果。而一般進入視場的光柵線條有幾十線對甚至上千線對，這樣光電元件接收的信號是這些線條的平均結(jié)果。因此當(dāng)光柵有局部誤差時，由于平均效應(yīng)，使光柵缺陷或局部誤差對測量精度的影響大大減小，大致的關(guān)系是：δ為平均誤差。編輯ppt〔三〕光柵信號與位移的對應(yīng)關(guān)系光柵副中任一光柵沿橫向〔垂直于線紋方向〕移動時，莫爾條紋就沿垂直方向移動，而且移過的條紋數(shù)與柵距是一一對應(yīng)的。即光柵移動一個柵距，莫爾條紋移動一個條紋寬度w，所以測出了莫爾條紋移動的數(shù)目，也就知道了光柵移動的距離。這種嚴格的線性關(guān)系就是用莫爾條紋進行長度與角度測量的原理。編輯ppt〔四〕信號波形的正弦性莫爾條紋光場的亮度分布符合正弦規(guī)律，經(jīng)由光電元件轉(zhuǎn)換之后，如果接收狹縫比條紋寬度窄得多，那么輸出信號的瞬時波形也和莫爾條紋的亮度分布一樣，非常接近于正弦波。由于亮度沒有負值〔極限為零〕，因此光電元件所取得的信號總是疊加在一個平均信號之上〔平均信號反映了平均亮度，即背景〕。所以，經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)換后，形成了帶有平均電壓的交變信號，如圖4–6所示。編輯ppt〔五〕共模漂移光柵的平均背景引起共模電壓，但是，光柵全長上透光量并非處處一樣，工作期間光源的亮度也難保持不變，這樣，在光柵不同位置上，將有不同的平均背景，于是產(chǎn)生共模漂移。共模及共模漂移都影響光柵系統(tǒng)的工作性能。在信號曲線上，只有與Vcp相交的那些點〔見圖4-6中的b和d稱過零點〕靈敏度最高，穩(wěn)定性最好，因此作為對準定位和觸發(fā)脈沖等用途的工作點，幅度調(diào)制系統(tǒng)的細分也是以這些過零點作依據(jù)。如果共模電壓相對地大，那么系統(tǒng)〔指工作點〕是不穩(wěn)定的，如有共模漂移，即實際工作點就會偏離過零點，由此引起脈沖間隔的變化。容許的漂移值應(yīng)由插補系數(shù)或定位精度確定。編輯ppt〔六〕反差光電信號的反差〔即襯度〕，常用調(diào)制系數(shù)K0，調(diào)制度Md或比照度C來評價〔見圖4-6)編輯ppt二、光柵讀數(shù)頭組成實際應(yīng)用中，常根據(jù)讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)特點和使用場合分為：分光讀數(shù)頭、直接接收式〔或硅光電池式〕讀數(shù)頭、鏡像讀數(shù)頭以及反射光柵讀數(shù)頭等。就光學(xué)系統(tǒng)而言，不外乎夫瑯和費系統(tǒng)和費涅爾衍射系統(tǒng)兩類。讀數(shù)頭由光源、準直透鏡、指示光柵、光電元件和必要的光闌、接收狹縫及調(diào)整機構(gòu)等局部組成。光源的燈絲應(yīng)安置于準直透鏡的焦點上。準直透鏡也有一定的像差要求，燈絲必須細而直，照度要穩(wěn)定，否那么會因背景變化而引起直流漂移．造成計量誤差。光電元件主要有硅光電池、光電二極管和光電三極管。光電管的空間位置應(yīng)能調(diào)整，以便能對準所需要的光譜級和譜帶，并準確地配置在透鏡的后焦面上。還應(yīng)放置必要的接收光闌，以便獲得一定強度的信號和提高信號的信噪比編輯ppt三、分光讀數(shù)頭〔一〕單相型〔圖4-7)從光源S出發(fā)并經(jīng)透鏡L，準直的光束，以α角入射到光柵副G1和G2，從光柵副衍射的各級群光束的方向均由光柵方程確定：編輯ppt〔二〕多相型為了適應(yīng)判別方向和補償直流漂移的需要，通常要求二相或四相信號，它們之間在相位分別有π或π/2的相移。產(chǎn)生多相信號的方法，一種是采用分開的組合透鏡，并成像于不同的光導(dǎo)管上，一種可采多相指示光柵，并相應(yīng)地由多相的光導(dǎo)管接收。也可以用遠心光路方法，在光柵像面上用多硅光電池接收莫爾條紋像的信號。編輯ppt

圖4-9表示直讀分光型讀數(shù)頭。編輯ppt四、直接接收式讀數(shù)頭〔一〕單相型如圖4－10所示，平行光束垂直入射到主光柵上，硅光電池接近指示光柵直接接收光把戲。由于是單相型讀數(shù)頭，故必須接收同相位的信號，因此應(yīng)該采用光閘式莫爾條紋，即兩塊光柵節(jié)距是相等的，而線紋方向是平行的，并采用小間隙布置。因此視場中的亮度應(yīng)是一樣的而且是均勻的，以保證整個視場中位相的一致性。編輯ppt〔二〕四相型四相型分為四相指示光柵和四極硅光電池兩種。采用硅光電池時，條紋寬度應(yīng)調(diào)到四極硅光電池的有效通光尺寸，以得到0、π/4、π/2、3π/2四相信號，近年來，采用發(fā)光二級管作為光源，光電三極管作為接收元件的系統(tǒng)十分盛行，指示光柵上的四塊光柵位置，相互保持00,900,1800。，2700的相位〔見圖4-11〕。編輯ppt五、鏡像式讀數(shù)頭〔一〕單塊光柵成像式如圖4－12所示，原理上屬于分光系統(tǒng)，只是不用指示光柵，而由適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)形成主光柵像來代替。因此，不必考慮光柵間隙，而且由于光學(xué)系統(tǒng)保證了光柵和光柵像之間移動方向相反，因而信號頻率提高一倍。這種讀數(shù)頭尺寸大，如果把光學(xué)系統(tǒng)改為中心反射式，那么讀數(shù)頭的外形尺寸可以縮短。編輯ppt〔二〕兩塊光柵式這是一種投影式的光學(xué)系統(tǒng)，其圖形見4-13。這種型式的讀數(shù)頭可按最小偏角法或垂直入射式布置。光柵G1經(jīng)照明之后，在L2的焦平面上產(chǎn)生光譜面，在這個面上可以用濾波小孔，讓需要的光譜級次通過，然后在G2光柵面上產(chǎn)生光柵G1的譜點所形成的光柵像。編輯ppt六、反射式讀數(shù)頭由于機床制造行業(yè)的需要，開展了金屬反射型光柵讀數(shù)頭。金屬光柵大多以鋼帶為基體，上面涂以超微粒乳劑或光刻膠作為感光層，然后通過投影光刻法獲得光柵線紋。如采用不銹鋼鋼帶作為反射光柵基體，可以減小因膨脹系數(shù)不同而影響精度的因素。如圖4－14。編輯ppt第五章光衍射技術(shù)二、計量原理激光衍射計量的根本原理是利用激光下的夫朗和費衍射效應(yīng)。夫朗和費衍射是一種遠場衍射。圖5－1是遠場和近場衍射的原理示意圖。如圖a〕所示，當(dāng)光源s照明E1平面上的一個孔H時，在距離R的觀察屏E2上將看到孔H的陰影。按照幾何光學(xué)的觀點，光線是直線前進的，光在孔H的邊緣通過的方向應(yīng)是sa與sa′〔虛線所示〕。但實際上的陰影卻擴大了，這是由于光在孔H的邊緣上發(fā)生了衍射，光線向外曲折〔實線所示〕，因此，光的衍射區(qū)是ab與a′b′。當(dāng)時稱為菲涅爾衍射。圖b〕和圖c〕為夫朗和費衍射。編輯ppt圖5－2是衍射計量的原理圖。它是利用被測物與參考物之間的間隙所形成的遠場衍射來完成的。在觀察屏E上由單縫形成衍射條紋，其光強I的分布由物理光學(xué)知道有：式中：編輯ppt三、根本公式先討論衍射的一般性情況，如圖5-3，設(shè)E1平面上光孔的瞳函數(shù)為F〔ζ，η〕，當(dāng)略去光能損失，孔F〔ζ，η〕在E2上的衍射分布為：式中：是孔平面圖上的復(fù)振幅分布。在E2平面上的任意一點p的光強為：當(dāng)光孔的形狀為矩形孔，矩形的高為η′，寬為ζ′，〔如圖5-4〕所示。這時可用一個二維矩形函數(shù)來表示：編輯pptE2面上任一點P的振幅，應(yīng)該是此二維矩形函數(shù)的傅里葉變換，略去光能損失，那么：

因此，對矩形孔，在E2平面上的衍射像有兩列，呈十字格線分布，如圖5-4a〕所示。每一列的光強分布，如圖5-4b〕所示。兩個方向上光強的大小按式〔5-3)，可寫出：當(dāng)光孔為單縫時，,除中央零級以外，光強很Iy很小，通常觀察不到。所以衍射條紋只沿x方向分布。設(shè)η′＝w〔縫寬〕，那么衍射條紋的光強分布為：對sinc〔辛格〕函數(shù)，其定義是：編輯ppt設(shè)，那么有：上式就是遠場衍射光強分布的根本公式。此式說明：1〕衍射條紋是平行于單縫方向的；2〕當(dāng)β＝0，±π，±2π，±3π，…，±nπ時，出現(xiàn)一系列暗條紋。利用暗條紋作為測量指標(biāo)，就可以進行計量。因為，對暗條紋那么有：當(dāng)θ不大時，從遠場條件，有：所以有：即：上式就是衍射計量的根本公式。編輯ppt四、技術(shù)特點衍射計量在技術(shù)上有四個特點：〔1〕靈敏度高?！?〕精度有保證。這首先是激光下的夫瑯和費衍射條紋十分清析、穩(wěn)定。其次，這是一種非接觸測量。而且采用照相或光電系統(tǒng)測量衍射條紋是可行的，精度可以微米級。〔3〕裝置簡單、操作方便、測定快速。〔4〕可實現(xiàn)動態(tài)的聯(lián)機測量和全場測量，測定時物體不必固定，能為工藝過程提供反響信號，顯著提高工藝效率。衍射計量的缺乏之處是絕對量程比較小，量程范圍約0.01~1.5mm。超過此范圍必須用比較測量法。另外，當(dāng)w小時，衍射條紋本身比較寬，不容易獲得精確測量。而且R大，裝置外型尺寸不能緊湊。限制了衍射計量的應(yīng)用范圍。編輯ppt§5－2激光衍射計量技術(shù)一、根本方案及其分析利用衍射條紋進行精密測試，其方法歸納起來分為兩大類：〔l〕記錄固定點衍射強度的方法〔圖5－5a中A和B點〕;(2〕記錄衍射分布特征尺寸〔指衍射分布極值點之間的距離或角量〕的方法〔圖5－5b中的t).編輯ppt二、間隙計量法間隙計量法是衍射技術(shù)的根本方法，主要適合于三種用途：(l〕作尺寸的比較測量〔圖5-8a);(2〕作工件形狀的輪廓測量〔圖5-8b);(3〕作應(yīng)變的傳感器使用〔圖5-8c).編輯ppt這三種用途的根本裝置如圖5－9所示：間隙法的計算公式：或:其中，，為條紋間隔編輯ppt三、反射衍射法從原理上說，主要是用反射鏡形成狹縫。圖5－13是反射衍射法的原理圖，狹縫由刀刃A與反射鏡B組成。反射鏡的作用是用以形成A的像A‘。這時，相當(dāng)于以φ角入射的，縫寬為2w的單縫衍射。顯然，當(dāng)光程差滿足下式時，出現(xiàn)暗條紋：按三角級數(shù)將上式展開：對遠場衍射有：代入前式：整理后有：編輯ppt四、別離間隙法別離間隙法是利用參考物和試件不在一個平面內(nèi)所形成的衍射條紋來進行精密計量的方法。別離間隙法的原理圖示于圖5－15。對于P1點，出現(xiàn)暗條紋的條件是：對于P2點，出現(xiàn)暗條紋的條件是：因為：那么有：由上式可得：編輯ppt五、互補測定法激光衍射互補測定法的原理是基于巴俾涅定理。此定理的原理示于圖5－17。圖5－18是利用互補法測量細絲直徑d或薄帶截面尺寸的原理圖。細絲直徑與衍射條紋之間的關(guān)系為：為獲得明亮的遠場條紋，一般用透鏡在焦面上形成夫朗和費條紋，如圖5-19所示。設(shè)透鏡的焦距為f‘,那么計算公式為：那么：編輯ppt六、愛里圓測定法由物理光學(xué)知道，平面波照射的開孔不是矩形而是圓孔時，如圖5-20所示，其遠場的夫朗和費衍射像，是中心為一圓形亮斑，外面繞著明暗相間的環(huán)形條紋。這種環(huán)形衍射像就稱為愛里圓。愛里圓中心亮斑的直徑d為：編輯ppt第九章激光光譜技術(shù)§9-3激光喇曼光譜技術(shù)一、根本原理當(dāng)單色光作用于試樣時，除了生產(chǎn)頻率和入射光相同的、稱為瑞利散射光以外，還有一些強度很弱的，頻率和入射光不同的散射光對稱分布在瑞利光的兩側(cè)。這種散射光被稱為喇曼散射光，在瑞利光低頻一側(cè)的叫斯托克斯線〔stokes線〕，高頻一側(cè)的叫反斯克斯線〔Antistokes線〕。喇曼散射可以看成一個入射光子ｈν和一個處于初態(tài)Eｉ的分子作非彈性碰撞。在碰撞過程中，光子和分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅改變運動方向，還把一局部能量傳遞給分子，或從分子取得一局部能量。因此，在碰撞后被檢測到的光子ｈνｓ，其能量比原來的低些或高些。編輯ppt喇曼散射過程也可用能級圖作定性的說明，如圖9-8所示。在散射過程中，中間態(tài)經(jīng)常被描述為受激虛態(tài)，它是不穩(wěn)定的，并且不一定是真實的分子本征態(tài)。如果這個虛能級和分子本征態(tài)之一相符合，那么被稱為共振喇曼效應(yīng)。編輯ppt二、激光喇曼分光計線性激光喇曼光譜研究和分析用的實驗裝置－激光喇曼分光計不僅已經(jīng)商品化，而且結(jié)構(gòu)日趨完善。典型的儀器通常由5個根本局部組成：激發(fā)光源，前置光路〔或稱外光路〕，單色儀，探測放大系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)，如圖9-10所示。編輯ppt〔三〕單色儀單色儀是激光喇曼分光計的核心部件，決定著整臺儀器的根本特性。激光喇曼光譜技術(shù)對單色儀的要求比一般在可見光區(qū)工作的儀器要高得多。對分辨率和波數(shù)精度要求很高，約為0.2--2cm-1，這在波長為5000?處，相當(dāng)于0.05-0.5?。另外還要求單色儀聚光本領(lǐng)強，有大的相對孔徑，而且對抑制雜散光提出特別苛刻的要求。為了滿足上述高分辨率，強聚光本領(lǐng)，尤其是低雜散光的要求，通常把兩個單色器串聯(lián)成雙單色儀，串聯(lián)的方式可以是色散相加的或色散相減的。從理論上講，后者可以很好消除光柵不完善所形成的雜散光。但由于它的色散率只相當(dāng)于一個單色儀，不利于提高分辨率，因此一般都采用色散相加的形式。也有的儀器可以根據(jù)需要由使用者方便地把相加型改為相減型或反之。編輯ppt

還有用三個單色器串聯(lián)成三單色儀的喇曼分光計，可以進一步抑制儀器的雜散光。編輯ppt〔四〕探測放大系統(tǒng)喇曼分光計的靈敏度標(biāo)志著儀器所能探測的最小光信號。它除和光學(xué)系統(tǒng)的聚光本領(lǐng)及雜散光有關(guān)外，還取決于探測和放大系統(tǒng)的靈敏度和噪音。由于喇曼散射光極弱，一般估計當(dāng)激發(fā)光的功率為lw時，到達探測器的散射光功率僅約為10-10-10-11w，甚至更低。因此對探測放大系統(tǒng)最主要的要求就是高靈敏度和高信噪比，以便把被噪音所