源的尺寸大小又会对各类干涉图样对比度有不同的影响: ✓ 由平行平板产生的等倾干涉，无论多么宽的光源尺寸，
其干涉图样都有很好的对比度。 ✓ 杨氏干涉实验只在限制狭缝宽度的情况下，才能看清
干涉图样。 ✓ 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。
9
r
S
S0
θ
-f
图 4-2 等厚干涉仪中的扩展光源
➢ 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。
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§5-1 激光干涉测试技术基础
1.2 影响干涉条纹对比度的因素
➢ ①光源的单色性与时间相干性 ➢ 如图，干涉场中实际见到的条纹是λ到λ＋Δλ 中间所有波
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§5-1 激光干涉测试技术基础
1.2 影响干涉条纹对比度的因素 ➢ ③相干光束光强不等和杂散光的影响 ➢ 设两支相干光的光强为I2=nI1，则有
K2 n n1
➢ 非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。 ➢ 设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 I'mI1，则
Im ax(1nm 2n)I1Im in(1nm 2n)I1
➢于是
K 2 n 1 n m
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图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系
可见，没有必要追求两支 相干光束的光强严格相等。 尤其在其中一支光束光强 很小的情况下，人为降低 另一支光束的光强，甚至 是有害的。因为这会导致 不适当地降低干涉图样的 照度，从而提升了人眼的 对比度灵敏阈值，不利于 目视观测。
两光束到达 某点的光形成的亮线叫亮纹。
➢ 满足 L(m1/2)的光程差相同的点形成的暗线叫
暗纹，亮纹和暗纹组成干涉条纹。
➢ 其中m是干涉条纹的干涉级次。
3
§5-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件
➢ 2．干涉条件
➢ 通常能够产生干涉的两列光波必须满足三个基本相干条件：
a)
b)
c)
图4-3 光阑孔大小对干涉条纹对比度的影响
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➢ 如取对比度为0.9，可得光源的许可半径
rm
f' 2
h
在干涉测量中，采取尽量减小光源尺 寸的措施，固然可以提高条纹的对比 度，但干涉场的亮度也随之减弱。
当采用激光作为光源时，因为光源上 各点所发出的光束之间有固定的相位 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 的大小不受限制，激光的空间相干性 比普通光源好得多。
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
§5-1 激光干涉测试技术基础
1.1 干涉原理与干涉条件
➢ 1．干涉原理
➢ 光干涉的基础是光波的叠加原理。由波动光学知道，两 束相干光波在空间某点相遇而产生的干涉条纹光强分布
为：
位相 差
II1I22I1I2cos
✓ 频率相同
✓ 振动方向相同 ✓ 恒定的位相差
静态稳定干涉场的 条件
➢ 在实际应用中，有时需要有意识地破坏上述条件。比如 在外差干涉测量技术中，在两束相干光波中引入一个小 的频率差，引起干涉场中的干涉条纹不断扫描，经光电 探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计 算机检出干涉场的位相差。
4
§5-1 激光干涉测试技术基础
长的光干涉条纹叠加的结果。 ➢ 当λ＋Δ λ 的第m级亮 纹与λ 的第m+1级亮纹重合后，所有
亮纹开始重合，而在此之前则是彼此分开的。则尚能分辨 干涉条纹的限度为
(m 1 )m ( )
6
K 1
I
x
λ
3
λ+Δλ
0
1
2
3
4
5
6
m
0
1
2
3
4
5
6
图4-1 各种波长干涉条纹的叠加 λ + Δ λ
7
➢ 由此得最大干涉级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
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§5-1 激光干涉测试技术基础
1.2 影响干涉条纹对比度的因素
1881年分✓振迈较幅大克式的尔量逊程(范A.围M；ic共h程el干s涉on)设非计共了程干著涉名的干涉实静验态来干涉测量 “以太✓”在漂精密移测。量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广泛应用。 19➢60分分年波类梅阵：面曼式(Maiman)研制成功第一台红宝石激光器动，态以干及涉 微 电➢子技另术外和还计可算以机利技用术有的关飞干速涉发图展的，接使收光和学数干据涉处技理术技的术发计展算进 入了快出速点增扩长散时函期数。、中心点亮度、光学传递函数等综合光学 1982象年质G.评Bi价nn指in标g和。H.Rohrer研制成功扫描隧道显微镜，
光电测试技术
第五章 激光干涉测试技术
成都信息工程学院
概述 17世纪后半叶，玻意耳(Boyle)和胡克(Hooke)独立地观察了两
块玻璃板接触时出现的彩色条纹，人类从此开始注意到了干涉
现➢象。历史进程： 18➢01特年点托：马斯·杨(Thomas 干Y涉o测un试g技)术完成了著名的杨氏双缝实 验，人✓们具可有更以高有的计测划试、灵敏有度目和的准地确控度；制干涉现象。 1860年✓ 麦绝按大克光部斯波分分韦的光(干方C式.涉M测ax试w都e是l按l)传非的相播接干电路触光径磁束式场的，理不论会为对干被按涉测用途件技带术来奠表定面了 坚实的理损论伤和基附础加。误差；
LM
2
在波动光学中，把光通过相干长度所需要
的时间称为相干时间，其实质就是可以产
生干涉的波列持续时间，（其对应产生干
涉的两列波的光程差）。因此，激光光源
的时间相干性比普通光源好得多，一般在
激光干涉仪的设计和使用时不用考虑其时
间相干性。
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§5-1 激光干涉测试技术基础
1.2 影响干涉条纹对比度的因素 ➢ ②光源大小与空间相干性 ➢ 干涉图样的照度，在很大程度上取决于光源的尺寸，而光
1.2 影响干涉条纹对比度的因素
➢ 干涉条纹对比度可定义为
K Imax Imin Imax Imin
➢ 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。
➢ 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。