用云纹干涉法研究错位元件在Y方向的错位.doc

一.简介云纹干涉法及其相关原理 云纹干涉法[1]（moire interfere metry）是在经典云纹干涉法的基础上发展起来的一种光测力学新方法，它继承了经典云纹法的简易性、全场性、实时性、条纹定域在表面及不受试件材料限制等优点，加之测量精度高（可达0.25um），条纹反差好，而越来越受到实验力学工作者的重视，同时，云纹干涉法综合了经典云纹干涉去和全息干涉法的概念和技术。尽管它的条纹形成机理和经典云纹的形成机理不同，但它们在一定的数学公式解释可以统一起来，所以说云纹干涉法和经典云纹干涉法均是一个家族中的成员，云纹干涉法主要用于面内位移的测量。它可以给出透明及不透明物体的全场位移信息。 云纹干涉法是1967年以后post等人首先提出的，由于经典云纹干涉法灵敏度低而不适用于小变形的测量。 故人们纷纷致力于提高云纹干涉法的测量灵敏度的研究。为达此目的，而要提高栅线的密度，但其密度高于100线/毫米之后。光栅的衍射效应影响了条纹的清晰度，post采用云纹倍增法来提高云纹法的测量灵敏度，取得了较好的效果，从这里人们看到了云纹干涉法的影子，1970年boonee用两束平行相干光照射贴有底片的试件，在试件上形成了平行条纹试件受力变形后再曝光一次，得到了两次曝光云纹条纹，1971年cook把贴在试件上的底片改成在试件表面涂有光刻胶经过试件变形前后两次曝光，试件表面上形成了云纹，1973年N,wadsworth等人把涂有光刻胶的试件放在双光束干涉光路下曝光。 云纹干涉法的名字是在1979年出现的[2]，当时采用的光源是白光因而试件栅和参考栅都是实光栅，1980年以后云纹干涉法的研究迅速发展。对于云纹干涉法的基本原理和实验技术问题，如试件栅的调制等。应变线的获取及如何提高云纹干法法的测量精度等，国内外的研究者都做了大量研究工作，使其逐渐趋于成熟。 2.云纹干涉法的基本原理[3] 云纹干涉法的基本原理是：制备在试件表面的高频光栅随试件的变形而变形当两束准直光以不同的角度照明试件栅，由光栅产生的衍射法相互干涉，得到含有物体（试件）表面位移的干涉图。 用两束准直相干光A光和B光照射物体表面，见图（1.2.1）就可以在物体表面上观察到干涉形成的平行线称为虚光栅。当表面制有高频光栅，并使两束光形成的虚光栅的频率与试件栅相同时会产生图（1.2.1）所示的衍射干涉。 图 1.2.1 考察光束A，其零级衍射A0入射方向衍射光束A的负一级衍射波是与B光束的 零级重合的，以入射角A，光栅频率f=(sinA + sinB )/λ ，m=-1代入光栅方程，就会求出A-1`，沿B0方向衍射，同理，还可以知道B光束的负一级衍射法与A0重合，这样当我们从A0B-1(或B0A-1)两光束的干涉，如果试件栅没有变形，而波的波前仍保持平面波，没有干涉条纹产生就不再是平面波，当试件栅的变形不大，A0B-1间的干涉就形成肉眼能够分辩的条纹，这就是干涉条纹。 二.衍射光栅云纹干涉法[4] 1.闪耀光栅 云纹干涉法所用的光栅都是位相型的, 主要有全息光栅和闪耀光栅(Blazed Grating)两类。反射式锯齿闪耀光栅的截面结构如图2.1.1(a)所示。 图 2.1.1(a) 光栅的基坯用光学玻璃或熔石英制成,其上镀了一层反射率很高的铝膜。入射光波射到此光栅上时,其刻槽上每一面元都可作为次波源沿反射一侧发出次波。因为整个光 图 2.1.1(b) 栅面都有同样的反射率,因此可以忽略它对振幅的调制。但由于光程的规则变化对位相产生了调制,所以这种光栅是位相型平面反射光栅。 闪耀光栅的特点是能够将衍射光波的光强集中到所需的某一衍射级上,不像振幅型透射光栅那样,光能大部分集中到无用的零级上。云纹干涉法一般只需要±1 级衍射光谱,因此闪耀光栅具有高的衍射效率,能有效地用于云纹干涉法中。 闪耀光栅所产生的衍射图样中,各级亮条纹的位置不受其槽形的影响,而由光栅方程确定。当光栅的沟槽斜面与光栅平面成角时,正入射于光栅平面的平行光束在沟槽面上的入射角为,则在与入射光线成= 2的衍射方向光强最大。 无论采用哪一类光栅, 其所满足的光栅方程都是一样的。设准直光以i角入射到光栅,第 m级光谱的衍射角为r,则光栅方程最一般的形式如下: p(sini±sinr) = mλ m= 0, ±1, ±2, … (2.1.1) 其中 p为光栅常数(栅线节距)。当入射光与衍射光处于光栅法线的两侧时(见图 2.1.2(a)、2.1.2(b) ),方程左端取负号;而当入射光与衍射光处于光栅法线的同侧时(见图 2