下载文档原格式
激光干涉测量xxxxxxxxxxxxxxx 摘要：干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。
20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到长足发展。
本文介绍了激光干涉的基本原理。
关键词：激光干涉测量双频激光干涉仪由于科学技术的进步，干涉测量技术已经得到相当广泛的应用。
一方面因为微电子、微机械、微光学和现代工业提出了愈来愈高的精度和更大的量程，其它方法难以胜任；另一方面因为当代干涉测量技术本身具有灵敏度高、量程大、可以适应恶劣环境、光波和米定义联系而容易溯源等特点，因而在现代工业中应用非常广泛。
激光的出现在世界计量史上具有重大的意义。
用稳频的氦氖激光器作为光源，由于它的相干长度很大，干涉仪的测量范围可以大大的扩展；而且由于它的光束发散角小，能量集中，因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收，变为电讯号，并由计数器一个不漏的记录下来，从而提高了测量速度和测量精度，比如说我国自行设计与制造的以氦氖激光器作为光源的光电光波比长仪，可以在20分钟之内把1米线纹尺上1001条刻线依次自动鉴定完毕，精度达到±0.2μm，这就是激光干涉仪的成功例证。
一、激光干涉仪的介绍激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量，有单频的和双频的两种。
1、单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。
当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。
使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
2、双频激光干涉仪双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪，，双频激光干涉仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度．直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。
激光全息干涉测量技术1 激光全息干涉测量技术发展史全息技术是英国科学家丹尼斯 盖伯（Dennis Gabor ）在1948年首先提出的。
但是直到1960年初，激光器的出现才为这种方法提供了适用的、具有足够相干性同时又具有高度单色性的照明光源。
1962年利思（Leith ）和厄帕特尼克斯（Upatnieks ）提出离轴全息图，全息术的研究进入了一个极为活跃的阶段，相继出现了多种全息方法，开辟了全息应用的新领域，成为光学的一个重要分支。
光学全息术的发展到现在经历了三个阶段。
第一阶段是盖伯用水银灯记录同轴全息图，这是全息术的萌芽时期。
其主要问题是再现原始像和共轭像不能分离，以及没有理想的相干光源。
第二阶段是利用厄帕特尼克斯提出离轴全息图，把原始像和共轭像分离，同时激光器的出现为全息术提供了理想的光源。
这一阶段全息术在理论上建立了基础，在可能的应用方面作了大量的实验，取得了丰硕的成果，在全息记录材料方面也得到了相应的发展。
第三阶段是激光记录白光再现全息术，主要有反射全息图、像全息图、彩虹全息图及合成全息图，使全息术在显示方面展示其优越性。
反射全息图，特别是真彩色全息全息图一成为已成为一种高贵的艺术品，在科学技术上亦有较重要的应用价值。
浮雕彩虹全息图的研制成功，发展了全息图模压大批量复制技术，现已形成全息印刷产业。
经过近十几年的发展，全息术被应用于许多领域：如全息干涉计量、全息三维显示、全息显微术、光学信息编码存储、光学信息处理等等。
目前随着实时记录材料和性能优良的光聚合材料的发展以及全息术和光电技术，计算机技术相结合，全息术在科学技术上的应用也扩展到实时全息干涉自动测量、光学图像实时处理、光计算等新的应用领域。
一些有特殊功能的全息光学元件如光学互连元件、二元光学元件、多功能全息成像元件空间光调制器、空间滤波器等全息方法来制作有其优越性。
特别是计算机全息图的实现，补充了照相记录全息图的不足。
2 激光全息干涉测量原理全息技术分两步成像，即全息图的纪录和物光波的再现。
激光全息检测技术1.激光全息检测技术概述全息术或称全息照相（Holography）的思想是英国科学家丹尼斯·伽柏（Dennis Gabor）在1948年首先提出来的。
由于他的发明和对全息技术发展的巨大作用，他于1971年被授予诺贝尔物理学奖。
全息术与普通照相术的区别是，普通照相术只记录物体表面光波的振幅信息，而把相位信息丢掉了，这样只记录物体表面光波部分信息（二维信息）的照片无论从什么角度看都是一样的。
而全息术是利用光的干涉和衍射原理，将物体发射的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，在一定条件下使其再现，形成物体逼真的三维像。
由于记录了物体的全部信息（振幅、相位、波长），因而成为全息术或全息照相。
如图，比较了全息照相与普通照相的区别：图1：全息照相与普通照相的区别激光全息无损检验是全息干涉分析的一种应用，它可以用来监视一个复杂的物体在两种不同时刻里所发生的变形，不管物体表面是光洁还是粗糙，都可以观测到光学公差水平几分之一微米以下，由于它是利用全息技术再现原理，因此是无接触地进行三维立体观测。
同其他检测方法比较，激光全息检测的方法有如下优点：1. 激光全息检测是一种干涉测量技术，干涉测量精度与激光波长同数量级，微小（微米数量级）的变形均能被检测出来，检测灵敏度高；2.由于激光的相干度很高，因此，可以检测大尺寸工件，只要激光能够充分照射到这个工件表面，都能一次检测完成；3.对被检对象没有特殊要求，可以检测任何材料和粗糙表面；4.可对缺陷进行定量分析，根据干涉条纹的数量和分布确定缺陷的大小、部位、深度。
5.非接触测量、直观、检测结果便于保存。
但是，物体内部缺陷的检测灵敏度，取决于物体内部的缺陷在外力作用下能否造成物体表面的相应变形。
如果物体内部缺陷过深或过于微小，那么激光全息照相这种检测方法就无能为力了。
对于叠层胶接结构来说，检测其脱粘缺陷的灵敏度取决于脱粘面积和深度比值，在近表面的脱粘缺陷面积，即使很小也能检测出来，而对于埋藏的较深的脱粘缺陷，只有在脱粘面积相当大时才能够被检测出来。
全息干涉计量全息干涉现象是人们在全息照相实践中发现的。
全息干涉计量双曝光法，即实时全息干涉计量法，在精密测量，无损检测，动态监控，生物技术等方面有着广泛的应用前景。
全息干涉计量又是科学技术上的一个新领域，涉及诸多相关学科技术。
本实验，光源采用连续波工作的激光器，摄取和再现被计量或监控物的静态形变状态。
重点了解全息双曝光技术的基本原理，主要特征和操作要领。
一、实验目的1．了解全息干涉计量的原理，有关应用及特点。
2．掌握全息干涉计量的双曝光法。
二、实验原理、应用及特点全息干涉计量是全息照相技术目前应用最广泛的应用领域之一。
它的基本原理是：借助全息干涉测量确定物体表面上的静态与动态的形变。
就是，将没有形变的物体表面形状在第一次曝光中记录在一张全息图上，再将变形的该物体的表面形状在第二次曝光中记录在同一张全息图上。
这种方法我们称为双曝光法。
在全息图再现时就必定同时出现两个有细微差异的物体表面图象。
在全息图上衍射的光互相重叠，并产生肉眼可见的干涉条纹，这些干涉条纹就是衡量物体表面形变的尺度。
利用全息干涉图能够记录物光相位的变动和光程的变动。
要是在形变的测量中，折射率是常数，光程的变动是由几何光程的变化而产生的干涉条纹。
但也可以反过来，使几何光程为常数，折射率变化。
具体操作可以这样来做，例如，将一物体放到一个玻璃容器中。
在做两次曝光时变换填充于容器内的气体，或改变压力（加温）。
这样，就会产生间隔可调的等高线；同样也可利用发射两种不同波长的一台激光器来达到。
在前面介绍的一个物体处在两种状态下通过两次曝光被记录在同一张感光材料上，物像再现时把这些变化状态同时再现出来。
在静态形变状态下光源可以采用连续波工作的激光器，而在动态形变一般就必须采用脉冲激光器。
下面再介绍全息干涉计量另一种叫瞬时观察法（实时法）。
在这种方法中是将初始状态物体利用全息技术拍摄下来，在经光化学显影、定影之后，将感光版再极精确地放回到原拍摄位置上，或将感光材料留在原处实现使显影、定影。
全息干涉量度术全息干涉量度术全息干涉量度术正文进行高精度测量的主要光学方法之一。
能实现非接触的测量。
一般光学干涉量度只能测量形状比较简单、表面光洁度很高的零件，而用全息干涉计量方法则能将应用范围扩展到具有任意形状的三维漫射表面的物体。
无论其表面光洁度如何，都能相对分析测量到光学公差的精度。
由于全息图具有三维性质，使用全息技术允许从不同视角，通过干涉量度方法去考察一个形状复杂的物体。
因此全息干涉量度分析在无损检验、微应力应变测量、形状和等高线的检测、振动分析、高速光学等多种领域中已得到广泛的应用，并已解决了用其他手段难以解决的问题。
全息干涉量度，其操作的基本程序与全息记录相似，只是在记录时根据需要进行一次曝光(实时全息干涉法)、两次曝光（双曝光全息干涉法、夹层全息法）和连续曝光（时间平均全息干涉法）。
它们都是根据波面干涉原理，在再现象上出现一系列干涉条纹。
这些条纹代表了沿观察轴线方向的等位移轮廓线。
条纹间隔代表的位移量大致等于记录中所用相干光源波长的一半。
一次曝光全息干涉法它同光学干涉原理是一样的。
用一般全息术记录一张物体未经变形时的全息图。
再将这张全息图精确地放在原记录位置上。
由原参考光作照明光，让它在原物位置产生再现像。
被研究的物体在原来位置作微小变形，同时也用激光照明。
全息图衍射的原始物波和物体散射的物波会产生干涉条纹，条纹的形状就反映了物体的形变。
这种方法可以观察物体的形变过程，因此也叫实时全息干涉法。
二次曝光全息干涉法在同一张全息图上记录同一物体变形前后的二张全息图。
它记录了物体在不同时刻的二个波面。
再现时，二个波面之间产生干涉，称为两次曝光全息干涉。
通过条纹的计算，可以确定物体的形变和位移。
二次曝光全息将物体形变的二种状态冻结在全息图里，可以保存，在没有原物时也能再现这种变化。
但是一张全息图只能保留一种比较状态。
夹层全息用二张全息干板分别记录物体二个状态的物波信息。
记录时，用一对全息干板放在特制的可以精确定位的全息片架上。
