干 涉 法
8
第一节 光学面形偏差的检测
特点：

具有更高的测试灵敏度和准确度； 绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会 对被测件带来表面损伤和附加误差；


较大的量程范围；
抗干扰能力强；
干 涉 法
操作方便；
在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领 域获得广泛应用。
9
第一节 光学面形偏差的检测
分类：
干涉测试技术
按光波 分光方式
按相干光束 传播路径
按用途
干 涉 法
动 态 干 涉
10
分 振 幅 式
分 波 阵 面 式
共 程 干 涉
非 共 程 干 涉
静 态 干 涉
第一节 光学面形偏差的检测
1、干涉的概念
1）相干光 （1）频率相同 （2）位相差恒定 （3）光矢量振动方向相同 （4）光程差小于波列长度
θ
影响干涉条纹对比度的因素 -f 在干涉测量中，采取尽量减小光源尺 a) ②光源大小与空间相干性 b) c) 寸的措施，固然可以提高条纹的对比 图4-3 光阑孔大小对干涉条纹对比度的影响 干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源 干 图 4-2 等厚干涉仪中的扩展光源 度，但干涉场的亮度也随之减弱。 的尺寸，而光源的尺寸大小又会对各类干涉 涉 图样对比度有不同的影响 : 当采用激光作为光源时，因为光源上 法
12
1 §4-1 激光干涉测试技术基础 第一节 光学面形偏差的检测
K
在波动光学中，把光通过相干 x 长度所需要的时间称为相干时 1.2 影响干涉条纹对比度的因素 I 间，其实质就是可以产生干涉 ①光源的单色性与时间相干性 的波列持续时间，（其对应产 生干涉的两列波的光程差）。 如图，干涉场中实际见到的条纹是 λ到λ＋Δλλ干 λ+Δλ 因此，激光光源的时间相干性 中间所有波长的光干涉条纹叠加的结果。 涉 比普通光源好得多，一般在激 m 0 1 2 3 4 5 6 当λ＋Δ λ 的第m 级亮0 1 2 3 4 5 6 法 光干涉仪的设计和使用时不用 λ+Δ 图4-1 各种波长干涉条纹的叠加 考虑其时间相干性。 纹与λ的第m+1级亮纹重


由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源 各点所发出的光束之间有固定的相位 尺寸，其干涉图样都有很好的对比度。 关系，形成的干涉条纹也有固定的分 布，而与光源的尺寸无关。激光光源 杨氏干涉实验只在限制狭缝宽度的情况下，才能 的大小不受限制，激光的空间相干性 看清干涉图样。 比普通光源好得多。 由楔形板产生的等厚干涉图样，则是介于以上两 种情况之间。
干 涉 法
7
第一节 光学面形偏差的检测
历史进程： 1905年，爱因斯坦（Albert Einstein）提出相对论原 理。 1924年，Louis de Broglie推导出de Broglie波方程， 认为所有的运动粒子都具有相应的波长，为隧道显微镜、 原子力显微镜的诞生做了理论准备。 1960年，梅曼(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器， 以及微电子技术和计算机技术的飞速发展，使光学干涉 技术的发展进入了快速增长时期。 1982年，G.Binning和H.Rohrer研制成功扫描隧道显微 镜，1986年发明原子力显微镜，从此开始了干涉技术向 纳米、亚纳米分辨率和准确度前进的新时代。
2 2L
干 涉 法
因此，必须用单色光源，使同一光源发出的光束分成两束，且 光程差不能太大。钠光 (100 ~ 200) mm ， 激光 (10 ~ 几十米）
11
第一节 光学面形偏差的检测
影响干涉条纹对比度的因素 干涉条纹对比度可定义为 K I max I min
干 涉 法
5
第一节 光学面形偏差的检测
现代干涉技术是物理学理论和当代技术有机结合的产物。 激光、光电探测技术和信号处理技术对于干涉技术的发 展起着重要的作用。 历史进程：
17世纪后半叶，玻意耳(Boyle)和纹（后被称作牛顿 环），人类从此开始注意到了干涉现象。 1690年，惠更斯出版《论光》，提出“波动”说。
光学测量
第三章 光学零部件的基本测量
光学测量
第三章 光学零部件的基本测量
第三章 光学零部件的基本测量
第一节 光学面形偏差的检测
光学测量
第一节 光学面形偏差的检测
4
第一节 光学面形偏差的检测
概述： 光学干涉测试技术最初在光学零件和光学系统 的检验中获得广泛应用。 在光学零件面型、平行度、曲率半径等的测量 中，斐索型干涉测量法与在光学车间广泛应用的 牛顿型干涉测量法（样板法或牛顿型干涉法）相 比，属于非接触测量。

合后，所有亮纹开始重 (m 1) m( ) 合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨干 由此得最大干涉级 涉条纹的限度为m ＝ λ/Δλ ，与此相应的尚能产生干涉
条纹的两支相干光的最大光程差(或称光源的相干长度)为
LM
2
13
第一节 光学面形偏差的检测 S r
S0
1704年，牛顿出版《光学》，提出了“微粒”说。 1801年，托马斯· 杨(Thomas Young)完成了著名的杨氏双 缝实验，人们可以有计划、有目的地控制干涉现象。
干 涉 法
6
第一节 光学面形偏差的检测
历史进程： 1818年，阿喇果和菲涅尔发现两个正交的偏振光不能 干涉，导致杨和菲涅尔得出光是横波的结论。 1860年，麦克斯韦(C.Maxwell)的电磁场理论为干涉技 术奠定了坚实的理论基础。 1881年，迈克尔逊(A.Michelson)设计了著名的干涉实 验来测量“以太”漂移，导致“以太”说的破灭和相 对论的诞生。他还首次用干涉仪以镉红谱线与国际米 原器作比对，导致后来用光波长定义“米”。 1900年，普朗克（Max Planck）提出辐射的量子理论， 成为近代物理学的起点。
I max I min

式中，Imax、Imin 分别为静态干涉场中光强的最大值和最小值， 也可以理解为动态干涉场中某点的光强最大值和最小值。
干 涉 法



当 Imin = 0时K＝1，对比度有最大值；而当 Imax= Imin时K＝ 0，条纹消失。在实际应用中，对比度一般都小于1。 对目视干涉仪可以认为：当 K ＞ 0.75 时，对比度就算是好的； 而当K＞0.5时，可以算是满意的；当K＝0.1时，条纹尚可辨 认，但是已经相当困难的了。 对动态干涉测试系统，对条纹对比度的要求就比较低。