02第二章激光干涉测量技术.ppt

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三、电子散斑干涉测量技术(ESPI) ESPI:主要相对于传统光学记录方式而言, 主要指CCD采集的 散斑场信息,这样可以进行电子处理或者计算机处理。 ESPI的特点: 电子技术提取信息,可以直接显示和保存散斑 图, 操作简单、实用性强,自动化程度高、可以进行静动态 测量,不需要复杂的显影、定影及复定位技术要求 普通散斑技术的特点: 与全息类似,需要干板记录,条纹的计 数和判向与传统干涉类似, 但可以测量较粗糙的表面 基本原理 if A 0 = a 1 e jφ 1 A r = a 2 e jφ 2 CCD light intensity : I = a 1 2 + a 2 2 + 2a 1 a 2 cos(φ 1 - φ 2 ) if Α 0 = a 1 e j(φ 1 +Δφ) I = a 1 2 + a 2 2 + 2a 1 a 2 cos(φ 1 - φ 2 + Δφ) 当Δφ=2kπ,光强不变 当Δφ=(2k+1)π,光强变化 最剧烈 其他, 变化程度与Δφ有关 CCD感受的光强为参考 光的余弦调制 基本原理 ESPI处理: 一般图像间相减,其结果: Δ I = 2a 1 a 2 [ cos(φ 1 - φ 2 ) - cos( φ 1 - φ 2 + Δφ )] 相减后, 光强分布仍然是Δφ的余弦分布函数, 即干涉 条纹与Δφ有关, 这种条纹反映出的是两次散斑干 涉间的光强分布之间的相关性, 称为相关条文 由于Δφ,与光程有关, 反应出的是物面的变形或位移 的多少 四、散斑干涉测量技术的应用 1.测量表面粗糙度 测量角度 1 t λ0 t λ0 0 测量空气折射率 Δf n = 2v c f v = L ? dn / dt Δf n = 2 L λ0 ? dn / dt ∫0 t Δf n ? dt = ∫ nm 2L λ0 ? dn nm ? 1 = 2 L ∫0 Δf n ? dt = λ0 2 L ∑ Δf ? Δt = 2 L N 2.2.2 声光调制双频外差干涉仪 1.声光调制器 2.声光调制双频外差测振仪 §2.4 激光全息干涉测量系统 全息的来源: 1948年盖伯(D.Gebar)提出用一个合适的相干照射 全息图,透射光的一部分就能重新模拟出原物的 散射波前,于是重现一个与原物非常逼真的三维 图像。1960年激光的出现促进了全息照相术的发 展,全息术得到了不断完善,为此他荣获1971年 诺贝尔物理学奖 应用:全息测量系统 全息存储 全息防伪 无损检测 全息电影 每毫 一、全息技术的基本原理 其过程分: 1、 全息图的记录 2、物光波再现 1、全息图的记录 普通照相:记录了光的光强和颜色(频率)每毫 米只能记录50~100个条纹 记录介质:银化物 全息图: 记录了波前信息:光强及相位 米记录1000个以上条纹 记录介质:卤化银乳胶 和重铬酸盐乳胶 0 设 物光:E0=A0ejΦ0 则干板前的光强和相位分布 应该为x、y的函数 即 E0=A0(x,y)ejΦ (x,y) 参考光束: 平面波 E0=ArejΦr Φr=2πsini/λy 所以: E0=ArejΦr = Arejay 0 r 所以干板上的光强分布: I(x, y) = (E0 + Er )(E* + E* ) = Ar 2 + A02 (x, y) + Ar A0 (x, y)e j(ay - j(x, y)) + Ar A0 (x, y)e-j(ay - j(x, y)) = Ar 2 + A02 (x, y) + 2Ar A0 (x, y)cos(ay - j(x, y)) Ar 固定和参考光相位ay是已 知规律变化的 所以: 干板记录的信息主要是 记录了物光的光强及相位信息 经过一定时间的照射, 完成曝光,然后把干板 取下,经显影、定影、制成全息底片 以上过程称为全息记录 2.物光波再现 全息底片的透射率是t(x,y)是记录过程时曝光光 强的非线性函数, 取线性部分,则有 重新复位全息底片,并去掉物 体及物体照射光束 2 2 + 2 2 2 2 e 3 Ee (x, y) = t(x, y)Er = m(Ar + A0 (x, y) + Ar A0 (x, y)e j(ay -φ0 (x, y)) Ar A0 (x, y)e -j(ay -φ0 (x, y)) ) ? Ar e jay = m(Ar + A0 (x, y))Ar e +mAr 2 A0 (

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