第四章-光学干涉测量技术(武大)
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光学干涉测量和激光技术光学干涉测量和激光技术是现代科学技术中的两个重要方面。
它们在工业、医学、物理学、地质学、生物学等领域都有着广泛的应用。
本文将从这两个方面进行分析,探讨它们的原理、特点以及应用。
一、光学干涉测量光学干涉测量是一种利用光波的干涉现象来测量物体表面形貌和变形的技术。
它主要分为两种形式:一种是利用干涉条纹反映物体表面形貌的形态;另一种是利用干涉条纹反映物体表面的变形情况。
光学干涉测量是一种高精度的测量技术,它具有无损、非接触、高精度等优点。
它可以在表面形貌测量、薄膜厚度测量、应力分布测量、光学元件测试、机械变形测量、振动测试、声场测试、光学比色法等方面应用。
二、激光技术激光技术(Laser)是一种利用激光器产生的高能量、单色性和相干性激光光束进行物理、化学、医学和工业等领域的技术。
它的发明是一项划时代的成就,它不仅解决了公共频发的弱激光强度问题,而且还开创了许多新的扩展领域和应用方向。
激光技术的应用非常广泛,其中有机固体激光器可以用于眼科手术、制造高质量的集成电路、制造导弹和飞船、制造高速计算机操作系统;半导体激光器被用于制造高清晰度的电视及电影、制作光盘及DVD等;气体激光器可以用于航空航天、军事通讯、激光雷达等。
三、光学干涉测量与激光技术的结合应用光学干涉测量与激光技术的结合应用是一种新型的测量手段。
它充分利用了两种技术各自的优点,可以在测量精度、测量速度、测量范围等方面都具有较高的性能表现。
光学干涉测量与激光技术的结合主要应用于精密机械的研究、生物医学的研究、光学元器件的测试等领域。
例如,在生物医学领域中,通过利用干涉镜测量激光光束在组织中的动态分布情况,可以研究组织构造、组织代谢、血液流速、神经调节等问题;在机械制造领域中,通过利用激光器进行激光干涉测量,可以实现对精密零件的尺寸、形状、表面质量、粗糙度以及微小变形等进行测量和分析,提高了机械制造的精度和品质等等。
综上所述,光学干涉测量和激光技术是两种不同的技术方向,它们分别具有自己的独特优势。
光学干预丈量技术——干预原理及双频激光干预1、干预丈量技术干预丈量技术和干预仪在光学丈量中据有重要地位。
干预丈量技术是以光波干预原理为基础进行丈量的一门技术。
相关光波在干预场中产生亮、暗交替的干预条纹,经过剖析办理干预条纹获取被丈量的相关信息。
当两束光明度知足频次相同,振动方向相同以及相位差恒定的条件,两束光就会产生干预现象,在干预场中任一点的合成光强为:I I1I222 VI 1I 2cos式中△是两束光抵达某点的光程差。
明暗干预条纹出现的条件以下。
相长干预(明):I Imin I1 I2 +2 I1I2,( V m )相消干预(暗):I Imin I1 I 2 2 I1I2,( V m1)2当把被丈量引入干预仪的一支光路中,干预仪的光程差则发生变化。
经过丈量干预条纹的变化量,即能够获取与介质折射率和几何行程相关的各样物理量和几何量。
按光波分光的方法,干预仪有分振幅式和分波阵面式两类。
按相关光束流传路径,干预仪可分为共程干预和非共程干预两种。
按用途又可将干预仪分为两类,一类是经过丈量被测面与参照标准波面产生的干预条纹散布及其变形量,从而求得试样表面微观几何形状、场密度散布和光学系统波像差等,即所谓静态干预;另一类是经过丈量干预场上指定点干预条纹的挪动或光程差的变化量,从而求得试样的尺寸大小、位移量等,即所谓动向干预。
下列图是经过分波面法和分振幅法获取相关光的门路表示图。
光学丈量常用的是分振幅式等厚丈量技术。
图一一般光源获取相关光的门路与一般光学成像丈量技术对比,干预丈量拥有大批程、高敏捷度、高精度等特色。
干预丈量应用范围十分宽泛,可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的丈量。
在丈量技术中,常用的干预仪有迈克尔逊干预仪(图二)、马赫 -泽德干预仪、菲索干预仪、泰曼-格林干预仪等;跟着激光技术的出现及其在干预丈量领域中应用,使干涉丈量技术在量程、分辨率、抗干预能力、丈量精度等方面有了明显的进步。
物理实验技术中的光学测量与控制技巧光学在物理实验中起着重要的角色,通过光学测量与控制技巧,我们可以准确地获取实验数据和控制实验过程,从而实现对材料性质和物理原理的研究。
本文将介绍一些常用的光学测量与控制技巧,并探讨其在物理实验中的应用。
一、干涉测量技术干涉测量是一种利用波的干涉现象来测量物体形状或者表面特性的技术。
其中一种常见的干涉测量技术是激光干涉仪。
激光干涉仪利用激光光束通过分束镜分为两束,分别经过光程不同的光路,在光路重合时发生干涉现象,根据干涉图样可以获得被测物体的形状信息。
激光干涉仪广泛应用于表面形貌测量、薄膜厚度分析等领域。
二、偏振光技术偏振光技术是一种通过筛选特定方向的光进行测量和控制的技术。
光束经过偏振片时,根据入射角度和偏振片的性质,可以选择性地通过某个方向的偏振光。
偏振光技术可以应用于光的传输和控制、材料的研究以及电子器件的设计等方面。
举例来说,在液晶显示技术中,偏振光技术被广泛应用于液晶分子的排列和控制,以实现高质量的图像显示效果。
三、光谱测量技术光谱测量技术是一种通过光的分光和测量来获取物质的特征信息的技术。
光谱测量技术可以应用于化学分析、物质结构研究等领域。
其中一种常见的光谱测量技术是光栅光谱仪。
光栅光谱仪利用光栅的光色分散效应将光分散成不同波长的光,并通过探测器测量不同波长的光强度,从而获得物质的光谱信息。
四、激光控制技术激光控制技术是一种通过激光光束实现对物体进行控制的技术。
其中一种常见的激光控制技术是光光学力控制技术。
光光学力控制技术利用激光对微小颗粒或细胞施加力,实现对其位置和运动的精确控制。
这种技术在生物医学研究和纳米级加工中有重要的应用,例如在细胞操作和光学镊技术中。
总之,物理实验技术中的光学测量与控制技巧具有重要的意义,它们能够提供准确的测量结果和精确的控制能力,为物理研究和应用提供了有力的支持。
通过不断地拓展和发展这些技术,我们将能够在更多的领域深入研究和应用光学原理,为科学和技术的发展做出更大的贡献。
光学干涉测量技术——干涉原理及双频激光干涉1、干涉测量技术干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。
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。
相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹,通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。
当两束光亮度满足频率相同,振动方向相同以及相位差恒定的条件,两束光就会产生干涉现象,在干涉场中任一点的合成光强为:122I I I πλ=++V式中△是两束光到达某点的光程差。
明暗干涉条纹出现的条件如下。
相长干涉(明):, ()min 12I I I I ==+m λ=V 相消干涉(暗):, ()min 12I I I I ==+-12m λ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭V 当把被测量引入干涉仪的一支光路中,干涉仪的光程差则发生变化。
通过测量干涉条纹的变化量,即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。
按光波分光的方法,干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。
按相干光束传播路径,干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。
按用途又可将干涉仪分为两类,一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量,进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等,即所谓静态干涉;另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量,进而求得试样的尺寸大小、位移量等,即所谓动态干涉。
下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。
光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。
图一 普通光源获得相干光的途径与一般光学成像测量技术相比,干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。
干涉测量应用范围十分广泛,可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。
在测量技术中,常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪(图二)、马赫-泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等;随着激光技术的出现及其在干涉测量领域中应用,使干涉测量技术在量程、分辨率、抗干涉能力、测量精度等方面有了显著的进步。