激光干涉测试技术.ppt

光电测试技术  南昌航空大学 一 激光斐索(Fizeau)型 干涉测试技术 1 激光斐索型平面干涉测量 激光斐索平面干涉仪 用于测量平行平板平行度 1）测量原理 设干涉场的口径为D，条纹数目为m，长度D两端对应的厚度分别为h1和h2，有 则平板玻璃的 平行度为 2）测试范围的讨论 当干涉场内的干涉条纹数m1时，该方法就不能测量其平行度。例如对直径D＝60mm的被测平板玻璃， n = 1.5147，λ＝632.8nm， 当 时就测量不出来了。 另一方面，当干涉场中的条纹数目太密时，无法或比较困难分辨条纹，也无法进行测量。 假设用人眼来识别条纹，一般人眼的分辨能力为0.33mm，当n=1.5147，λ＝632.8nm时，容易算出 。 3）测量不确定度。 在测量中引起误差的主要因素是： ①宽度D的测量不确定度； ②干涉条纹数m计数的不确定度； ③折射率n的测量不确定度。其中，干涉条纹数计数的不确定度影响最大。 激光斐索型平面干涉仪测量平板玻璃平行度的标准不确定度约为 。 1 全息术及其基本原理 概念：全息的概念早在1948年就由英国的Gabor提出。 所谓全息就是在摄影底片上同时记录物光波的振幅和位相的全部信息，通过再现，可以获得物光波的立体像。 全息术是一种两步成像技术： 记录，即以干涉条纹的形式在底片上存储被摄物体的光强和位相； 再现，即用光衍射原理来重现被记录物体的三维形状。 全息术图与普通照相相比具有以下特点： 三维性。全息术能获得物体的三维信息，成立体像。 抗破坏性。全息图的一部分就可以再现出物体的全貌，仅成像的亮度降低、分辨力下降，全息图不怕油污和擦伤。 信息容量大。 光学系统简单，原则上无须透镜成像。 全息术对光源的要求 全息图的记录和再现依赖于光的干涉和衍射效应。因此，全息术对所用光源的要求 （1）具有能使底片得以曝光的光能输出 （2）应具有为满足光束的干涉和衍射所必须的时间相干性和空间相干性 一般选择激光器。 2 全息干涉测试技术 是全息术应用于实际最早也是最成熟的技术，它把普通的干涉测试技术同全息术结合起来，具有许多独特的优势： 全息干涉测试技术的不足是其测试范围较小，变形量仅几十微米左右。 单频激光干涉仪的光强信号及光电转换器件输出的电信号都是直流量，直流漂移是影响测量准确度的重要原因，信号处理及细分都比较困难。 为了提高光学干涉测量的准确度，七十年代起有人将电通讯中的外差技术移植到光干涉测量领域，发展了一种新型的光外差干涉技术。 概念：光外差干涉是指两只相干光束的光波频率产生一个小的频率差 引起干涉场中干涉条纹的不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场的相位差。 特点：克服单频干涉仪的漂移问题； 提高了抗干扰性能。 激光外差干涉仪的光源 外差干涉需要双频光源。其频差根据需要选定。 1）塞曼效应He-Ne激光器——可得到1~2MHz的频差 激光移相干涉测试技术的特点 1）原理: 采用最小二乘法拟合来确定被测波面， 2) 优点：a. 可以消除随机的大气湍流、振动及漂移的影响。 五 纳米技术中的干涉测试技术 1986年 发明了扫描隧道显微镜(STM)，人类第一次观察到了物质表面的单原子排列状态。 1986年后，相继出现了一系列新型的扫描探针显微镜：原子力显微镜（AFM）、激光力显微镜（LFM）、磁力显微镜(MFM)、弹道电子发射显微镜（BEEM）、扫描离子电导显微镜（SICM）、扫描热显微镜（STP）、光子扫描隧道显微镜（PSTM）、扫描近场光学显微镜（SNOM）等，远远超出了光学方法已经取得的成就 现代扫描显微镜技术吸取了光学技术的精华，光子扫描隧道显微镜利用了光纤探针和全反射时的瞬衰场，横向分别率达到1/10波长，垂直分辨率也在纳米数量级； 扫描近场光学显微镜则使用小孔光天线，分辨率突破了瑞利限制，已经达到了1/10波长数量级。 其它扫描显微镜常常用光学方法作为位移传感器，干涉方法是主要的手段。 这类干涉仪不同于一般的位移干涉仪，它的量程很小，远远不到半个波长，但是分辨率很高（1nm）。 扫描隧道显微镜 （STM -Scanning Tunneling Microscope ） 基本原理：利用量子理论中的隧道效应，将原子尺度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与探针的距离非常接近时（通常小于1nm），在外加电场的作用下，