《光学干涉测量技术》PPT课件
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第4章 光学干涉测量技术
武汉大学 电子信息学院
25
§4.1 干涉测量基础
（二）干涉条纹的处理方法 1、数字波面的获取 干涉仪检测光学元件面形，对获得的干涉图进行数字化转换，并 由计算机替代人眼进行判读，即为数字干涉法。在对模拟干涉图像进 行数字化转换后，需要提取干涉图上的条纹信息，即确定干涉条纹的 中心点坐标及干涉级次。一般处理过程需要如下几个步骤： (1)背景滤除：对原始图像进行预处理； (2)二值化：使干涉图变为二值化图像； (3)细化：保留条纹中心曲线，从而提取出条纹上点的坐标； (4)修像：去除细化图像中的干扰信息，修改间断点； (5)标记：对干涉条纹进行跟踪、标记不同条纹的干涉级次； (6)采样：用等间距采样现贯穿干涉图像区间，均匀设置采样点。 采样结束后即完成了对数字化干涉图像的图像处理过程，获得了 离散的、采样点基本均布的波面数据集合（x,y,p）。在经过后续的波 面拟合计算等可以得到波面数字分布。
光学测试技术
第四章 光学干涉测量技术
2013年5月26日
干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随 着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作为 测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。 在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度 可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7； 用干涉法可测量光学元件特征参数，用球面干涉仪测量球面曲 率半径精度达1μm，测量球面面形精度为1/100λ；用干涉法测量 平面面形精度为1/1000λ；用干涉法测量角度时测量精度可达 0.05″以上； 在光学薄膜厚度测试方面，用干涉法测厚的精度可达0.1nm； 在光学系统成像质量检验方面，利用干涉法可测定光学系统的 波像差，精度可达1/20λ，并可利用干涉图的数字化及后续处理 解算出成像系统的点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数以 及各种单色像差。
《光学干涉》课件
薄膜干涉实验
总结词
薄膜干涉实验利用了光在薄膜表面反射 和透射时发生的干涉现象，可以观察到 颜色鲜艳、层次分明的干涉图样。
VS
详细描述
在薄膜干涉实验中，光线入射到薄膜表面 时会发生反射和透射，反射光和透射光之 间会发生干涉。由于薄膜厚度不同，产生 的干涉图样也不同，形成了丰富多彩的色 彩和图案。薄膜干涉在光学仪器、光学检 测等领域有广泛应用。
详细描述
光学干涉是光学中的一种重要现象，其特点在于两束或多束光波在特定条件下相干叠加，产生明暗相 间的干涉条纹。干涉现象的产生需要满足相干条件，如光源的相干性、光路的稳定性等。
光学干涉的应用
总结词
光学干涉在许多领域都有广泛的应用，如光学计量、光学仪器、光学通信等。
详细描述
在光学计量中，干涉仪可以用来测量长度、角度、表面粗糙度等参数；在光学 仪器中，干涉仪可以用于调整光学元件的精度和检测光学系统的误差；在光学 通信中，干涉技术可以用于提高信号质量和传输效率。
光学干涉在信息光学中的应用
01
02
03
光学数据存储
利用光学干涉产生的干涉 条纹，可以将信息编码并 存储在光存储介质中，实 现高密度信息存储。
光学图像处理
通过控制干涉光的相位和 振幅，可以实现光学图像 的相干和非相干处理，提 高图像质量和分辨率。
光学计算
利用光学干涉原理，可以 实现光子计算和量子计算 ，具有高速、并行和低能 耗的优点。
《光学干涉》课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 光学干涉概述 • 干涉原理 • 干涉实验 • 干涉现象的应用 • 干涉技术的挑战与展望
01
精密测量中的光学干涉技术
精密测量中的光学干涉技术光学干涉技术是一种基于光的干涉现象实现测量和检测的方法。
在精密测量领域，光学干涉技术被广泛应用于长度、角度、表面形貌等参数的测量。
本文将介绍光学干涉技术在精密测量中的应用以及其原理和发展。
一、光学干涉技术的原理光学干涉是指两束或多束光波相互叠加产生干涉图样的现象。
光学干涉技术利用光的波动性和干涉现象来实现测量和检测。
其原理可以概括为以下几点：1. 波动性：光是一种电磁波，具有波动性质。
光的传播遵循波动方程，根据不同的波长和频率，光可以传播为长波、短波以及可见光等不同类型。
2. 干涉现象：当两束或多束光波相遇时，它们会相互干涉叠加，形成干涉图样。
在干涉图样中，可以观察到明暗交替的条纹，这些条纹代表了两束光波的相位差和干涉程度。
根据干涉图样的变化，可以得到被测量物体的信息。
3. 波前成像：在光学干涉技术中，光波的波前形状是重要的测量对象。
通过测量光波的波前形状，可以得到被测量物体的表面形貌、形状、尺寸等参数。
二、光学干涉技术在精密测量中的应用1. 长度测量：光学干涉技术被广泛应用于长度测量领域。
通过调节参考光路和待测光路的光程差，可以实现高精度的长度测量。
其中，白光干涉仪和激光干涉仪是常用的光学测量仪器。
2. 角度测量：在角度测量中，光学干涉技术可以通过测量旋转的圆盘或平台上条纹的变化来确定角度的大小。
例如，倾斜式干涉仪和角度干涉仪都是常见的用于角度测量的光学装置。
3. 表面形貌测量：光学干涉技术可以用于检测物体表面的形貌和形状，如光学轮廓仪、激光扫描测量仪等。
这些设备能够高精度地测量物体的表面轮廓和几何形状，应用于工业制造、医学、材料科学等领域。
4. 折射率测量：光学干涉技术还可以用于测量光学介质的折射率。
利用干涉图样的变化特征，可以计算出被测介质的折射率值。
三、光学干涉技术的发展随着科技的进步和需求的不断增加，光学干涉技术也在不断发展和改进。
以下是一些光学干涉技术的发展趋势：1. 多波长干涉技术：通过使用多个波长的光源，可以实现更高精度的干涉测量。
激光干涉测量技术(共39张PPT)
2 ➢ 激光干预测长的应用
1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干预比长的方法来检定基准米尺， 即通过激光干预仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的 稳定性，其复现精度可达±5x10-8以上，所以可用激光波长作长度基准。同 时，激光干预仪的输出信号易于实现光电转换，这样就提供了实现动态自动 测量的可能性，从根本上解决了检定基准米尺的精度与效率的问题。
此干预仪的水平位移测量半径为25m,测量倾斜角为 ±45º，目标镜最大移动速度为2m/s，测量分辨力为 0.1µm。
8
2
➢ 激光干预测长的应用
3、激光小角度干预仪
激光小角度干预仪是利用激光干预测位移和三角正弦 原理来测量角度的仪器。左图是激光小角度干预仪测 角原理图。激光器1发出的激光光束经分光镜3分成两 路，一路沿光路a射向测量棱镜2，一路沿光路b射向参 考镜4。当棱镜在位置I时，沿光路a前进的光束经角锥 棱镜反向后，沿光路c射向反射镜5，并沿原路返回至 分光镜，与从b路返回的参考光束会和而产生干预。当 棱镜移动到位置II后，沿光路a前进的光束由于棱镜II 及平面反射镜的作用，使它们仍按原路返回，不产生 光点移动，从而干预图形相对接收元件的位置保持不 变。根据干预测位移原理可以测出角锥棱镜在位置I和 位置II的位移H，假设棱镜转动半径R，便可根据三角 正弦关系求出被测角α。位移为：H=Kλ/4， α=arcsinH/R，式中，R为棱镜转动半径。
12
1 概要
2 激光干预测量长度和位移 3 激光外差干预测量技术 4 激光移相干预测量技术 5 激光散斑干预测量技术 6 激光光纤干预测量技术
7 激光多波长干预测量技术
13
3 ➢ 为什么要用激光外差干预？
一般单频激光干预仪精度较高，但在测量时对环境有较高要求，不允许干预仪两臂 的光强有较大变化，干预条纹光强的变化总要以计数器平均触发电平为中心对等分 布，如图〔a〕所示。
1、激光比长仪 激光比长仪采用激光器作光源，通过光波干预比长的方法来检定基准米尺， 即通过激光干预仪实现基准米尺和光波波长比较。由于激光波长具有高度的 稳定性，其复现精度可达±5x10-8以上，所以可用激光波长作长度基准。同 时，激光干预仪的输出信号易于实现光电转换，这样就提供了实现动态自动 测量的可能性，从根本上解决了检定基准米尺的精度与效率的问题。
此干预仪的水平位移测量半径为25m,测量倾斜角为 ±45º，目标镜最大移动速度为2m/s，测量分辨力为 0.1µm。
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2
➢ 激光干预测长的应用
3、激光小角度干预仪
激光小角度干预仪是利用激光干预测位移和三角正弦 原理来测量角度的仪器。左图是激光小角度干预仪测 角原理图。激光器1发出的激光光束经分光镜3分成两 路，一路沿光路a射向测量棱镜2，一路沿光路b射向参 考镜4。当棱镜在位置I时，沿光路a前进的光束经角锥 棱镜反向后，沿光路c射向反射镜5，并沿原路返回至 分光镜，与从b路返回的参考光束会和而产生干预。当 棱镜移动到位置II后，沿光路a前进的光束由于棱镜II 及平面反射镜的作用，使它们仍按原路返回，不产生 光点移动，从而干预图形相对接收元件的位置保持不 变。根据干预测位移原理可以测出角锥棱镜在位置I和 位置II的位移H，假设棱镜转动半径R，便可根据三角 正弦关系求出被测角α。位移为：H=Kλ/4， α=arcsinH/R，式中，R为棱镜转动半径。
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1 概要
2 激光干预测量长度和位移 3 激光外差干预测量技术 4 激光移相干预测量技术 5 激光散斑干预测量技术 6 激光光纤干预测量技术
7 激光多波长干预测量技术
13
3 ➢ 为什么要用激光外差干预？
一般单频激光干预仪精度较高，但在测量时对环境有较高要求，不允许干预仪两臂 的光强有较大变化，干预条纹光强的变化总要以计数器平均触发电平为中心对等分 布，如图〔a〕所示。
InSAR干涉测量PPT课件
D-InSAR（Different InSAR，差分干涉）技术是在InSAR的基础上发 展起来的，它以合成孔径雷达复数据提供的相位信息为信息源，可从包含 日标区域地形和形变等信息的一幅或多幅干涉纹图中提取地面目标的微小 形变信息。D-InSAR具有高形变敏感度、高空间分辨率、几乎不受云雨天 气制约和空中遥感等突出的技术优势，因而有人认为它是独特的基于面观 测的空间大地测量新技术，可补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地 测量技术如全球定位系统（GPS）、甚长基线干涉（VLBI）和精密水准等 ，从而可以揭示出更多的地球物理现象，最终为地球物理学提供一种全新 的动态研究途径。
三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用
InSAR在海洋遥感中的应用
2、在海洋油气勘探中的应用 SAR资料可用来监测海洋油污染。合成孔径雷达获取的是
二维影像，影像的亮度即反映了海表微波散射信号的特性。由于微 波的全天候、全天时、高分辨率的特点，人们通常就用微波来监测 油污。现在用来评估油污的SAR资料主要来自加拿大的RADARSAT-1 和欧空局的ENVISAT。2002年11月19日，一艘装载近7万吨的已失事 的油轮——Prestige在西班牙西北海岸100Km处失事沉没，11月17 日由ENVISAT搭载的ASAR资料得到其油污扩散情况。由于风的作用， 油污已扩散到周围。
一、InSAR概述
InSAR的特点
1.全天时（能够根据自己的需求发射电磁波） 2.全天候（波长短、穿透能力强） 4.自动化、快速
一、InSAR概述
InSAR的发展方向
1.组网、编队InSAR 2.高分辨率、大幅宽 4.双\多（天线）基线InSAR
7.小型化、轻型化
一、InSAR概述
D-InSAR
三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用
三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用
InSAR在海洋遥感中的应用
2、在海洋油气勘探中的应用 SAR资料可用来监测海洋油污染。合成孔径雷达获取的是
二维影像，影像的亮度即反映了海表微波散射信号的特性。由于微 波的全天候、全天时、高分辨率的特点，人们通常就用微波来监测 油污。现在用来评估油污的SAR资料主要来自加拿大的RADARSAT-1 和欧空局的ENVISAT。2002年11月19日，一艘装载近7万吨的已失事 的油轮——Prestige在西班牙西北海岸100Km处失事沉没，11月17 日由ENVISAT搭载的ASAR资料得到其油污扩散情况。由于风的作用， 油污已扩散到周围。
一、InSAR概述
InSAR的特点
1.全天时（能够根据自己的需求发射电磁波） 2.全天候（波长短、穿透能力强） 4.自动化、快速
一、InSAR概述
InSAR的发展方向
1.组网、编队InSAR 2.高分辨率、大幅宽 4.双\多（天线）基线InSAR
7.小型化、轻型化
一、InSAR概述
D-InSAR
三、InSAR在摄影测量与遥感中的应用
光的干涉ppt
光的干涉ppt
xx年xx月xx日
目录
contents
光的干涉现象光的干涉原理光的干涉应用光的干涉实验与模拟光的干涉理论的发展与完善光的干涉在科技与生活中的应用
01
光的干涉现象
实验原理：双缝干涉实验是通过将单色光照射在具有两个狭缝的光屏上，使狭缝间产生干涉现象，观察形成的干涉条纹。
实验目的：验证光的波动性和光的干涉原理。
2. 调整反射镜角度，观察干涉条纹。
3. 分析条纹间距、波长等参数，计算测量结果。
迈克尔逊干涉仪
02
光的干涉原理
当两束或更多束相干光波在空间某点叠加时，它们的光强相加，光强与振幅的平方成正比。
当两束光波的相位差是2nπ(n为整数)时，它们的光强相加，产生明亮的干涉条纹；相位差为(2n+1)π时，它们的光强相减，产生暗的干涉条纹。
薄膜光学干涉技术
多层薄膜干涉
02
多层薄膜干涉是指光波通过多层薄膜时产生的干涉现象，通常用于高精度光学测量和光学表面处理。
光学薄膜设计
03
光学薄膜设计是指根据需要设计出具有特定光学特性的薄膜，通常用于光学表面处理和光学元件的制作。
光栅光谱仪是一种利用光栅分光原理制成的新型光谱分析仪器，可以用来测量不同波长的光波能量分布。
光学表面增强技术利用光的干涉现象，可以实现对光学表面的精细加工和优化，如增透膜、增反膜、偏振片、光栅等。这些技术可以显著增强光学表面的反射、透射和吸收等特性，提高光学器件的性能和稳定性。在太阳能电池、光学传感器、激光器、显示器等领域有着广泛的应用。
总结词
详细描述
光学表面增强技术及其应用
THANKS
总结词
光学通信和信息处理技术利用光的干涉现象，可以实现多路复用和并行传输，提高传输速度和容量。同时，利用干涉现象可以实现光信号的调制和解调，进行光信息处理和光计算等操作。这些技术对于现代通信、数据中心、云计算等领域的发展至关重要。
第二章 激光干涉测量技术详解
§2.1 激光干涉测量长度和位移 一、干涉测长的基本原理
当
2
2
(n1l1 n2l2 ) 2k
合成干涉光光强最亮
合成干涉光光强最弱
当
(n1l1 n2l2 ) (2k 1)
把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标 反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉 条纹将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当 被测对象移动一段距离时，该条纹明暗变化一次，光电探测器 输出信号将变化一个周期，记录信号变化的周期数，便确定了 被测长度 所以激光干涉测量一般是: 1. 相对测量 2. 增量式测量 3. 中间过程不可忽略，要监视整个测量的过程
常用移相器种类 （1）机械法移相
通过倾斜参考镜形成等厚干涉条纹
（3）光学倍频 缺点： 调整困难，对光学元
件性能要求高，界面多导致光 能损失大，而且使光的偏振态 发生不应有的变化。
(二)干涉条纹计数与测量结果处理系统 1.移相器
干涉条纹计数的要求： 能够判断方向；为提高分辨率，需要对干涉条纹进行细分。
这样需要相位相差90度的两个电信号输出，即一个按光程正 弦变化，一个余弦变化
干涉光强
I A 2 AB cos B
2
2
光的相位与走过的光程有关：
A cos(t ) B cos(t 0 2
光程差
nl )
ni li n j l j
i 1 j 1
N
N
通过测量干涉条纹的变化量，可直接获得l或n，还可直接获 得与l和n有关的各种被测信息
菲涅耳双棱镜干涉装置
梅斯林干涉装置
特点：存在条纹亮度和条纹对比度之间的矛盾，一
干涉测量法
长度测量
长度测量
用于测量光程差改变，进而测定气体折射率的瑞利干涉仪
长度测量是光学干涉测量最常见的应用之一。如要测量某样品的绝对长度，最简明的方法之一是通过干涉对 产生的干涉条纹进行计数；若遇到非整数的干涉条纹情形，则可以通过不断成倍增加相干光的波长来获得更窄的 干涉条纹，直到得到满意的测量精度为止。常见的方法还包括惠普公司研发的惠普干涉仪，它通过外加一个轴向 磁场使氦－氖激光器工作在两个相近频率，从而发出频率相差2兆赫兹的两束激光，再通过偏振分束器使这两束激 光产生外差干涉。干涉得到的差频信号被光检测器记录，而待测样品引起的光程差变化则可以通过计数器表示为 光波长的整数倍。惠普干涉仪可以测量在60米左右以内的长度，在附加其他光学器件后还可以用于测量角度、厚 度、平直度等场合。此外，还可以通过声光调制的方法得到差频信号，并且这种方法能获得更高的差频频率，从 而可以从差频信号中得到更高的计数。
二十世纪六十年代末，随着射电望远镜接收器的性能和稳定性的提高，在全世界（以至地球轨道）范围内使 望远镜相距很远的同一射电信号之间产生干涉成为可能，这被称为超长基线干涉（VLBI）。
谢谢观看
射电干涉测量
射电干涉测量
望远镜的角分辨率正比于波长除以口径，而由于无线电波的波长远长于可见光，这造成单个射电望远镜无法 达到观测一般的射电源所需的分辨率（例如采用波长为2.8厘米的无线电波进行分辨率为1毫角秒的观测，需要达 6000千米的望远镜口径）。基于这个原因，英国天文学家马丁·赖尔爵士等人于1946年发明了射电干涉技术，他 们用一架两根天线组成的射电干涉仪对太阳进行了观测。射电干涉技术采用多个分立的射电望远镜构成阵列，这 些望远镜在观测时都对准同一射电发射源，各自观测所得的信号彼此用同轴电缆、波导或光纤连接后发生干涉。 这种干涉不仅仅是提升了观测信号的强度，而且由于望远镜彼此间的基线距离很长，从而提升了观测的有效口径。 由于各个望远镜的位置不同，同一波前到达各个望远镜的时间因而会存在延迟，这就需要对先到达的信号进行恰 当的延迟以保持信号彼此之间的时间相干性。此外，构成干涉的望远镜数量越多越好，这是由于观测射电源表面 的光强分布时，两台望远镜组成的干涉只能观测到光强分布的傅立叶变换（即可见度）的各个空间频率（这里空 间频率的含义是描述光强在不同方向上变化快慢的傅立叶频率）中的一个频率；而采用多个望远镜构成阵列，则 可以在多个空间频率上对射电源进行观测，再对观测所得的可见度函数进行逆傅立叶变换得到射电源的光强分布， 这种方法叫做综合孔径。例如，位于新墨西哥州的甚大天线阵（VLA）由27架射电望远镜组成，每架望远镜由直 径为25米的抛物面天线构成，彼此共形成351条彼此独立的干涉基线，最长的等效基线可达36千米。
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光学测试技术
第四章 光学干涉测量技术
2020年12月13日
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1
干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随 着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作 为测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。
在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度 可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7；
- (/2)
x
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§4.1 干涉测量基础
(4)杂散光对对比度的影响 分束器，以及干涉仪系统中的其他光学器件在把入射光分束
及折转、成像过程中，会引入杂散光。杂散光会影响条纹对比度， 导致对比度的下降。 例：分束镜表面的剩余反射
改善措施： 分束器表面正确镀制增透膜或析
光膜 在光源处设置消除杂散光的小孔
2
2
Imax I1I2 Imi n I1I2
2 K
I1I2
I1 I2
可以发现：I1=I2时，K取得极大值。K=1；I1、I2相差的越大，
K就越小。
一般干涉仪采用分振幅的方法得到两相干光波，所以条纹对
比度主要取决于分束器的分束比及性能。
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6
若两支相干光的光强关系为：I 2 nI 1 则： K 2 n
用干涉法可测量光学元件特征参数，用球面干涉仪测量球面曲 率半径精度达1μm，测量球面面形精度为1/100λ；用干涉法测量 平面面形精度为1/1000λ；用干涉法测量角度时测量精度可达 0.05″以上；
在光学薄膜厚度测试方面，用干涉法测厚的精度可达0.1nm； 在光学系统成像质量检验方面，利用干涉法可测定光学系统的
准确度，是一种高精度的测量方法。
实现干涉测量的仪器叫干涉仪。干涉仪有几种不同的分类方式： 按光波分光方式的不同，可分为分振幅型和分波阵面型； 按相干光束的传播途径，可分为共程干涉和非共程干涉； 按用途不同分为静态干涉和动态干涉。其中静态测量通过测量被 测波面与标准波面之间产生的干涉条纹分布及其变形量求得试样 表面微观几何形状或波像差分布；动态测量通过测量干涉场上指 定点的干涉条纹的移动或光程变化来求得试样的位移等。
波像差，精度可达1/20λ，并可利用干涉图的数字化及后续处理 解算出成像系统的点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数以 及各种单色像差。
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2
--在光学检验方面，干涉测量法是一种通用性很好的测量方法，
适用于对材料、元件、系统等各种参量的检测；
--干涉测量法在各种参数的测量中，均具有很高的测试灵敏度和
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§4.1 干涉测量基础
如图，光源为被均匀照明的直径为r的光阑孔。光阑孔上不同 点S经准直镜后变成与光轴具有不同夹角θ的平行光束。设准直镜 焦距为f’，小孔光阑的中心点为S0，则：
SS0/ f'
不同θ角的平行光束经干涉仪后被分成两束相干光，到达干涉 场中同一点的光程差各不相同，因此各自形成的干涉条纹彼此错
位。
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§4.1 干涉测量基础
所有干涉条纹进行强度叠加，形成视场中见到的干涉条纹。 条纹度比度直接取决于光阑大小。
如图所示。设光阑半径为rm0，应用物理光学知识可以证明：
rm0
f' 2
/h
K≥90%
m0
1 2
/h
式中h是虚拟空气楔厚度。可见，为保证干涉仪的空间相干性，
采用长焦准直镜，采用尽可能相等的两臂长，减小空气楔厚度是
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§4.1 干涉测量基础
一、干涉测量基本原理
1、干涉原理及干涉条件
干涉测量基于光波相干叠加，因此必须满足三差恒定。
2、影响干涉条纹对比度的因素
干涉测量对条纹对比度有较高的要求。通常情况下，要求
K≥0.75。那么干涉条纹对比度究竟与哪些因素有关呢？
(1)两相干光波的相对光强
被测波面相对参考波面的峰值与谷底之差，可表示为： PV Ema xEmin
PV是波前最高点与最低点之间的间距，单位通常为波长。因此， PV给出的是波差的极限值。PV通常被用于描述元件或系统的质量， 瑞利曾指出：波前PV值优于λ/4，可以认为系统成完善像。
可见，在零级时，各波长的干涉极大重合，之后慢慢错开； 干涉级次越高，错开的距离越大，合强度峰值逐渐变小，对比度 逐渐下降。对线宽为Δλ的光源，其最大波列长度为：
2 Lm
表4-1（p77）给出了常用光源的相干长度的理论值。实际的 相干长度往往会小于相干长度的理论值。
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I
合成光强
0 0 1 1 2 2 3 3 4 45 5 6 + (/2)
光阑 除此之外，两支相干光束的偏振态
不一致也会影响干涉条纹的对比 度。
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§4.1 干涉测量基础
二、干涉条纹的分析判读与干涉图形信号的处理方法 从干涉仪系统中获取稳定、清晰的干涉条纹图样是干涉测量
的第一步。对获取的干涉条纹进行分析判读才能得到被测量的有 用信息。 (一)干涉条纹的分析判读 1、波面偏差的表示方法
n 1
若测试光路中混入有杂散光，其强度均为：I'mI1
k 2 n 会导致干涉图像对比度进一步下降 1 n m
见p79图4-4
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§3.1 干涉测量基础
(2)光源大小的影响及其空间相干性 干涉条纹的照度很大程度上取决于光源的尺寸。而光源的尺
寸大小又会影响到各种干涉条纹的干涉图样对比度。 平行平板的等倾干涉： 对比度与光源大小无关 杨氏干涉：只有利用狭缝限制光源尺寸，才能获得干涉条纹 楔形板形成的等厚干涉：介于上述两种情况之间。
根据干涉条纹的形成条件，可以知道干涉条纹是干涉场中光 程差相同的点的轨迹；相邻条纹之间的光程差为波长的1/n，其中 n是测试光束通过被测试样的次数。若某处条纹间隔为H，对应的 条纹弯曲量为h，则该处的波面偏差可表示为：
W h
Hn
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§3.1 干涉测量基础
对于非轴对称的情况，则需要绘出二维的波面偏差分布图。 在获取整个表面的波面偏差后，可以用以下几种综合指标描述波 面分布： (1)波峰波谷偏差：
必要的。
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§4.1 干涉测量基础
(3)光源非单色性影响与时间相干性 能够发生干涉现象的最大光程差与光源的谱线宽度成反比。
若干涉测量中用到的光源本身有一定的谱线宽度 ，对应波长为 /2和λ-Δλ/2两组干涉条纹的强度分布，其他波长的光对应的干 涉条纹强度分布介于两根曲线之间。干涉场中最终形成的干涉条 纹是这些干涉条纹叠加的结果。
第四章 光学干涉测量技术
2020年12月13日
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干涉技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。近年来，随 着数字图像处理技术的不断发展，使干涉测量这种以光波长作 为测量尺度和测量基准的技术得到更为广泛的应用。
在光学材料特性参数测试方面，用干涉法测量材料折射率精度 可达10-6；对材料光学均匀性的测量精度则可达10-7；
- (/2)
x
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§4.1 干涉测量基础
(4)杂散光对对比度的影响 分束器，以及干涉仪系统中的其他光学器件在把入射光分束
及折转、成像过程中，会引入杂散光。杂散光会影响条纹对比度， 导致对比度的下降。 例：分束镜表面的剩余反射
改善措施： 分束器表面正确镀制增透膜或析
光膜 在光源处设置消除杂散光的小孔
2
2
Imax I1I2 Imi n I1I2
2 K
I1I2
I1 I2
可以发现：I1=I2时，K取得极大值。K=1；I1、I2相差的越大，
K就越小。
一般干涉仪采用分振幅的方法得到两相干光波，所以条纹对
比度主要取决于分束器的分束比及性能。
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若两支相干光的光强关系为：I 2 nI 1 则： K 2 n
用干涉法可测量光学元件特征参数，用球面干涉仪测量球面曲 率半径精度达1μm，测量球面面形精度为1/100λ；用干涉法测量 平面面形精度为1/1000λ；用干涉法测量角度时测量精度可达 0.05″以上；
在光学薄膜厚度测试方面，用干涉法测厚的精度可达0.1nm； 在光学系统成像质量检验方面，利用干涉法可测定光学系统的
准确度，是一种高精度的测量方法。
实现干涉测量的仪器叫干涉仪。干涉仪有几种不同的分类方式： 按光波分光方式的不同，可分为分振幅型和分波阵面型； 按相干光束的传播途径，可分为共程干涉和非共程干涉； 按用途不同分为静态干涉和动态干涉。其中静态测量通过测量被 测波面与标准波面之间产生的干涉条纹分布及其变形量求得试样 表面微观几何形状或波像差分布；动态测量通过测量干涉场上指 定点的干涉条纹的移动或光程变化来求得试样的位移等。
波像差，精度可达1/20λ，并可利用干涉图的数字化及后续处理 解算出成像系统的点扩散函数、中心点亮度、光学传递函数以 及各种单色像差。
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--在光学检验方面，干涉测量法是一种通用性很好的测量方法，
适用于对材料、元件、系统等各种参量的检测；
--干涉测量法在各种参数的测量中，均具有很高的测试灵敏度和
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§4.1 干涉测量基础
如图，光源为被均匀照明的直径为r的光阑孔。光阑孔上不同 点S经准直镜后变成与光轴具有不同夹角θ的平行光束。设准直镜 焦距为f’，小孔光阑的中心点为S0，则：
SS0/ f'
不同θ角的平行光束经干涉仪后被分成两束相干光，到达干涉 场中同一点的光程差各不相同，因此各自形成的干涉条纹彼此错
位。
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§4.1 干涉测量基础
所有干涉条纹进行强度叠加，形成视场中见到的干涉条纹。 条纹度比度直接取决于光阑大小。
如图所示。设光阑半径为rm0，应用物理光学知识可以证明：
rm0
f' 2
/h
K≥90%
m0
1 2
/h
式中h是虚拟空气楔厚度。可见，为保证干涉仪的空间相干性，
采用长焦准直镜，采用尽可能相等的两臂长，减小空气楔厚度是
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§4.1 干涉测量基础
一、干涉测量基本原理
1、干涉原理及干涉条件
干涉测量基于光波相干叠加，因此必须满足三差恒定。
2、影响干涉条纹对比度的因素
干涉测量对条纹对比度有较高的要求。通常情况下，要求
K≥0.75。那么干涉条纹对比度究竟与哪些因素有关呢？
(1)两相干光波的相对光强
被测波面相对参考波面的峰值与谷底之差，可表示为： PV Ema xEmin
PV是波前最高点与最低点之间的间距，单位通常为波长。因此， PV给出的是波差的极限值。PV通常被用于描述元件或系统的质量， 瑞利曾指出：波前PV值优于λ/4，可以认为系统成完善像。
可见，在零级时，各波长的干涉极大重合，之后慢慢错开； 干涉级次越高，错开的距离越大，合强度峰值逐渐变小，对比度 逐渐下降。对线宽为Δλ的光源，其最大波列长度为：
2 Lm
表4-1（p77）给出了常用光源的相干长度的理论值。实际的 相干长度往往会小于相干长度的理论值。
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I
合成光强
0 0 1 1 2 2 3 3 4 45 5 6 + (/2)
光阑 除此之外，两支相干光束的偏振态
不一致也会影响干涉条纹的对比 度。
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§4.1 干涉测量基础
二、干涉条纹的分析判读与干涉图形信号的处理方法 从干涉仪系统中获取稳定、清晰的干涉条纹图样是干涉测量
的第一步。对获取的干涉条纹进行分析判读才能得到被测量的有 用信息。 (一)干涉条纹的分析判读 1、波面偏差的表示方法
n 1
若测试光路中混入有杂散光，其强度均为：I'mI1
k 2 n 会导致干涉图像对比度进一步下降 1 n m
见p79图4-4
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§3.1 干涉测量基础
(2)光源大小的影响及其空间相干性 干涉条纹的照度很大程度上取决于光源的尺寸。而光源的尺
寸大小又会影响到各种干涉条纹的干涉图样对比度。 平行平板的等倾干涉： 对比度与光源大小无关 杨氏干涉：只有利用狭缝限制光源尺寸，才能获得干涉条纹 楔形板形成的等厚干涉：介于上述两种情况之间。
根据干涉条纹的形成条件，可以知道干涉条纹是干涉场中光 程差相同的点的轨迹；相邻条纹之间的光程差为波长的1/n，其中 n是测试光束通过被测试样的次数。若某处条纹间隔为H，对应的 条纹弯曲量为h，则该处的波面偏差可表示为：
W h
Hn
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§3.1 干涉测量基础
对于非轴对称的情况，则需要绘出二维的波面偏差分布图。 在获取整个表面的波面偏差后，可以用以下几种综合指标描述波 面分布： (1)波峰波谷偏差：
必要的。
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§4.1 干涉测量基础
(3)光源非单色性影响与时间相干性 能够发生干涉现象的最大光程差与光源的谱线宽度成反比。
若干涉测量中用到的光源本身有一定的谱线宽度 ，对应波长为 /2和λ-Δλ/2两组干涉条纹的强度分布，其他波长的光对应的干 涉条纹强度分布介于两根曲线之间。干涉场中最终形成的干涉条 纹是这些干涉条纹叠加的结果。