偏振片琼斯矩阵
cos 2 J sin cos sin cos sin 2
1 2 1 2
=45 时
1 2 J 1 2
=135 时
1 2 J 1 2
1 2 1 2
I (t ) I1 I 2 =I1a I 2 a cos （2ft ) cos[2(f +fV )t ] 1 1 I1a I 2 a cos[2 (2f fV )t 2 ] I1a I 2 a cos(2 fV t ) 2 2 1 I (t ) I1a I 2 a cos(2 fV t ) 2
1 2 E3 1 2 1 2 E4 1 2
i 5i 1 i 4 4 4 Es 2 e Ep 1 e Ep e i 3i i 1 4 2 4 4 e E p e Es e Es 2
↓气流对干涉图的影响
影响测量结果的外界因素
气流
影响测量结果的外界因素
振动
振动可能由很多原因产生：支撑不够刚性的地板、 声波、其它设备(风扇、空调或远处的车床、马路上的 汽车等)、人的活动等等。振动是最难控制的环境问题。 理论上，最好是将仪器放在一块混凝土浇注的地 基上使用，这样会大大衰减大幅的振动。小幅的振动， 例如由人员活动造成的震动，可以通过防震系统隔离。 环境震动对干涉仪的影响，在于它在两相干波面 之间引入了随机的位相变化，主要表现为干涉条纹出 现抖动现象，从而造成条纹模糊。
重复测量精度RMS: 2λ/10000
全视场外差干涉仪
点衍射干涉仪
重复测量精度
RMS: 4λ/10000
全视场外差点衍射干涉干涉仪
全视场外差干涉仪
动态干涉仪
双频测距仪干涉仪
单频测距干涉仪
直流测量系统，具有直流光平和电平零漂的弊端。
双频测距仪干涉仪
基本光路
M 3 M 1
s
M 4
p
f测=(f1±△f)-f2 f参=f1-f2 f1f2
1 ( N 2 ) 4
I 2 (t ) I 2 a cos(2 ( f1 f 2 )t I 2 a cos[2 ( f1 f 2 )t 2
2
1
2( L1 L1 ) 2
2
2
2 L2 0 )
1
2( L1 L1 )
1 2 E1 1 2 1 2 E2 1 2
i i 1 i 4 4 4 2 e E p 1 e E p e Es i i i 1 4 2 4 4 e E p e Es e Es 2
1 2 E p 1 E p Es 1 Es 2 E p Es 2
1 i 2 E p 1 E p Es e i e E E 1 Es 2 p s 2
sin 2 2 1 i tan cos 2 2 i tan

1/ 4波片， =45 时
2 E1 2 2 i 2
2 i Ep 2 Ep i 2 0 Epe 2 2
i 2 E p Es 2 E E1 E2 i 2 2 E Es p
移相干涉仪
偏振调制——4D动态干涉仪
波片琼斯矩阵
1 i tan cos 2 2 J cos 2 i tan sin 2 2
技术指标 稳定拍频频率 频率稳定度
谐波 相位噪声 设计拍频
国外厂家 100Hz 10ppm
-40dB -实测拍频频率
国内厂家 1kHz 30ppm
-15dB -实测相噪
自研 3Hz 0.1ppm
-70dB -110dBc 实测三次谐波
3Hz
10Hz
2.987±0.004Hz
9.963±0.003Hz
4. 声光移频双频激光器
全视场外差干涉仪
高性能低差频移频技术
移频器的基频：20M-200M 稳定差频最小：10KHz
CCD帧频：<10KHz
频差高
帧频低
全视场外差干涉仪
高性能低差频移频技术 光电院研制出高性能低差频声光移频器，各项技术指标远优
于现有技术水平，能够满足各类全视场外差探测需求。

2 2 i 2 2 1/ 4波片， =90 时J 0 2 2 i 2 2 E 0 0 E p 2 2 Es i 2 2
移相干涉仪
偏振调制——4D动态干涉仪
-110dBc
-117dBc
-70dB
-73dB
全视场外差干涉仪
传统干涉仪
Twyman-Green干涉仪
Fizeau干涉仪
机械高精度移相技术难度大； 离焦误差 环境适应性差，应用领域受到限制；
点衍射干涉仪
全视场外差干涉仪
马赫曾德干涉仪
实测干涉数据立方体
全视场外差马赫曾德干涉仪
影响测量结果的外界因素
振动 从下图可以看出，将干涉图调到三根条纹(下图左)，当没有 环境震动时，测得的波面是连续光滑的(下图中)；当引入环境震 动时，测得的波面中出现与干涉条纹方向一致的波动，且波动的 频率正好是干涉条纹频率的2倍(下图右)。如果将干涉图尽量调整 到零条纹时，则波面将不出现波动。所以，为了抑制环境震动的 影响，在移相干涉测量时，应尽量将干涉图调整到零条纹再进行 测量。
A C A C A C
B D B D B D
A A B B B C C
C A
C
D B
D
( x, y ) arctan
C
C C D
I4 I2 I1 I 3
A
B
C
D
C
D D D
C
D
D D
D
D
移相干涉仪 动态干涉测量——空间移相干涉仪
优点： 瞬时测量能够有效抑制震动对测量结果 的影响； 能够对大口径、长焦距的系统进行测量。 缺点： 没有抑制大气湍流对测量结果的影响； 空间相移用四个相邻点的偏振移相表示

2 i 0 2 1 2 E i p i 2 2 2 e 2
Ep
2 2 i 2 2 2 2 i 2 2
2 2 i 2 0 2 2 Es 2 i 2 2
0 2 2 i 2 2 2 2 i 4 i e E 2 2 E p 0 i 2 2 e 4 E i s 2 2
sin 2 2 1 i tan cos 2 2 i tan
f1±△f
M 2
f测=(f1±△f)-f2
双频测距仪干涉仪
原理框图
光学精密检测技术与检测仪器系列八
光学精密检测技术与 检测仪器
移相干涉仪
偏振调制——4D动态干涉仪
M1 1/4波片
M2
1/2波片
PBS棱镜
激光
1/4波片 检偏器
1/4波片
成像镜 滤波孔 像面
移相干涉仪
偏振调制——4D动态干涉仪
1 i tan cos 2 2 J cos 波片琼斯矩阵 2 i tan sin 2 2 2 2 i 2 J 2 1/ 4波片， =45 时 2 2 i 2 2
2 2 i 2 2 2 2 i 2 2
sin 2 2 1 i tan cos 2 2 i tan

2 E1 2 2 i 2 2 E2 2 2 i 2
2 2 i 2 Ep 2 2 0 2 i 2 2
A B
C
D
一个点的加工精度，数据可信度低，特
别对大孔径光学镜面。
移相干涉仪
ESDI斐索干涉仪
影响测量结果的外界因素
气流 风扇及送风机可以用来减小操作环 境中的局部温差。然而，设置不当 的风扇会造成气流干扰以及震动干 扰。气流干扰会使局部区域内空气 密度不均匀，对测量光束引起局部 偏折，改变了测量波面，影响了测 量结果。必须避免气流造成的干涉 条纹不规则扰动。如果温度的空间 梯度大，也会产生明显的气流影响。 有条件最好在恒温室内再布置 一个小房间，以减少外界温度的变 化影响。
L2
f 2 L1
V
探测器
I1 (t ) I1a cos(2 ( f1 f 2 )t I1a cos[2 ( f1 f 2 )t 2 2 2 L1 2 2 2 L2 0 )
1
2
距离 L1
1
2 L1
2
2 L2 0 ]
影响测量结果的外界因素
振动
减振一般可以使用气垫光学 平台，另外还有多种方法:地 基隔离减震、橡胶剪切减震脚、 软垫与大理石联合减震、干涉 腔刚性固化减震等都可以使用， 如右图。根据不同的环境条件 可以使用其中一种或两种以上 组合。
双频干涉测量基础
距离干涉测量
f1、f 2
光源 L1’
参考面
f1
2 i i 2 i 2 2 Es Es e 0 2 1 2 2
移相干涉仪
偏振调制——4D动态干涉仪
波片琼斯矩阵
1 i tan cos 2 2 J cos 2 i tan sin 2 2