光学计量检测教学讲义.ppt

徐德 2010/12/08 光学计量检测 现代光学检测的重要性 “If you can’t measure it, you can’t make it” The Hubble Disaster 光学口径2.4米，轨道高度600km，造价近30亿美元，清晰度是地面天文望远镜的10倍以上。 主镜磨错了l/20 ！ 发射前未进行整个系统的检测。 一般应该用两种不同的方法对其进行检测，并获得一致结果。 詹姆斯-韦伯空间望远镜 口径: 6.5米，由18块六角形镜片组成 轨道高度：150万千米 波段: 红外线 预定发射时间: 2011年8月 詹姆斯韦伯太空望远镜的目光将穿过130亿年的整个宇宙，去寻找早期恒星的踪迹。 GMT – Giant Magellan Telescope Steward Observatory, University of Arizona consists of seven 8.4 m segments 25 meters across with focal ratio f /0.7 14.5 mm departure from the nearest fitting sphere E-ELT : The European Extremely Large Telescope 主镜的直径达42米，由约1000块直径1.4米的六边形子镜组成 望远镜底部直径超过100米，高度超过80米，预计2018年投入使用 这架望远镜将会像400年前的伽利略望远镜一样，给人们对于宇宙的认识带来革命性的影响。他们希望借助这架望远镜研究行星的诞生以及外太空是否存在外星人。 LAMOST -大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜 2001年9月正式开工，2008年10月落成。 有效通光孔径4米，视场5度，光谱覆盖范围370-900nm 我国最大的光学望远镜、世界上最大口径的大视场望远镜，也是世界上光谱获取率最高的望远镜，单次观测可同时获得3000多条天体光谱。 采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术，以新颖的构思和巧妙的设计突破了世界上光学望远镜大视场不能同时兼备大口径的瓶颈。 紫外光刻技术—摩尔定律全靠它 摩尔定律：Intel 公司创始人之一Gordon E. Moore预言的半导体产业发展规律：集成电路的集成度每三年增长4倍，特征尺寸每三年缩小 倍。 436nm，365nm，248nm，193nm，157nm， X射线，电子束 紫外光刻（Ultraviolet Lithography, UVL） 深紫外光刻（Deep Ultraviolet Lithography, DUVL） 极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography, EUVL） 电子束曝光（Electron Projection Lithography） 光刻机堪称现代光学工业之花，其制造难度之大，到现在全世界也不过极少数几家公司能够制造而已（ASML, Nikon, Cannon） 光的电磁特性—电磁波谱 可见光波段：0.38~0.78mm 光的量子性 普朗克 - 能量子假设 爱因斯坦 - 光量子假设、光电效应、康普顿散射 波粒二象性     物质波的应用：电子显微镜，中子显微镜，电子束曝光机等 激光—Laser（镭射） Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 气体激光器（He-Ne，CO2，Ar+，N2，准分子，金属蒸气） 固体激光器（Nd:YAG，钕玻璃，Nd:YVO4，Nd:YLF，钛蓝宝石等） 半导体激光器（GaAs，CdS等） 染料激光器 自由电子激光器 应用：激光加工、激光治疗、激光武器、激光测量、激光通信等 理想光学系统 在任意大的空间，以任意宽的光束都成完善像的光学系统 共线成像理论：点对应点、直线对应直线、平面对应平面的成像变换关系 波动光学解释：入射球面波（平面波为球面波的特殊情况）对应出射球面波 完善成像 像差 球差 彗差 像散 场曲 畸变 色差 轴向色差 倍率色差 波像差 光学元件波像差 平面 球面 非球面 自由面 微结构 光学干涉基本原理 在两光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域稳定的光强强弱分布的现象，称为光的干涉现象。 对于平面波： 相干条件 频率相同 振动方向相同 相位差恒定 光程差不超过光波的波列长度 空间相干性光源尺寸决定相干空间 时间相干性光谱宽度决定相干长度 光学干涉测量术（Interferometry） 等厚干涉：同一级干涉条纹表示相同的光程差（OPD） 相邻两亮（或暗）条纹间相差l/2光程差 存在l/20波像差的干涉图 牛顿干涉仪 干涉图分析方法 静态条纹分析法 须确定条纹中心或