光学测试技术
现代光学测试技术
从测量镜返回光束的光频发生变化，其频移为
，该
光与返回光会合，形成“拍”，其拍频信号可表示为：
计算机先将拍频信号
与参考信号
理后，就得到所需的测量信息 .
进行相减处
设在动镜移动的时间 t 内，由 为 N ，则有：
引起的条纹亮暗变化次数
上式中
为在时间ｔ内动镜移动的距离L，于是有：
单击此处添加大标题内容
第三章 散斑技术 散斑的形成及其性质 当一束激光射到物体的粗糙表面（例如铝板）上时，在铝板前面的空间将布满明暗相间的亮斑与暗斑；
一、双频激光外差干涉仪图
1 -141 示出双频激光外差干涉仪的光学系统。干涉仪的 光源为一双频 He-Ne 激光器，这种激光器是在全内腔单频 He－Ne 激光器上加上约 300 特拉斯的轴向磁场，由于塞曼 效应和频率牵引效应，使该激光器输出一束有两个不同频率的 左旋和右旋圆偏振光，它们频率
差 Δν约为 1.5MHz 。这两束光
1 -5 长度（间隔、高度、振幅）的激光干涉测量
一．
激光干涉测长的工作原理及特点
干涉测长仪器是用光波波长为基准来测量各种长度（如属测量干涉场上指定点上位相随时间而变化的干涉仪。
激光干涉测长仪与用其它准单色光源的干涉测长仪相比，具有下列的显著优点：
激光干涉测 长的工作原 理如图 1101 所示。
单击此处添加大标题内容
1 -6 激光外差干涉测长与测振 激光光波干涉比长仪以光波波长为基准来测量各种长度，具有很高的测量精度。这种仪器中， 由于动镜在测量时一般是从静止状态开始移动到一定的速度，因此干涉条纹的移动也是从静止 开始逐渐加速，为了对干涉条纹的移动数进行正确的计数，光电接收器后的前置放大器一般只 能用直流放大器，而不能用交流放大器，因此在测量时，一般对测量环境有较高的要求，一般 的干涉比长仪不能 用于车间现场进行精密测量。为了适应在车间现场实现干涉计量的需要，必 须使干涉仪不仅具有高的测量精度，而且还要具有克服车间现场中气流及灰雾引起的光电信号 直流漂移的性能，光外差干涉 技术是为解决车间现场测量问题而发展起来的。 这种技术的一个共同点是在干涉仪的参考光路中引入具有一定频率的副载波，干涉后被测信号 是通过这一副载波来传递，并被光电接收器接收，从而使光电接收器后面的前置放大器可以用 一交流放大器代替常规的直流放大器，以隔绝由于外界环境干扰引起的直流电平漂移，使仪器 能在车间现场环境下稳定工作。
光学测试技术-第2章-光学准直与自准直技术1
(-z-)--z处的光斑半径（光强下降到光斑中心光强的
1/ e处2 的光斑半径； ----激光波长； --n--传播空间的折
射率，在大气中传输时取为1。
第一节 激光束的准直与自准直技术
其中
2
(
z)
02
1
z 02n
2
（1）束腰处的波阵面为平面，此时 R(0) （取束腰位于
坐标原点），则有：
q0
与望远镜视放大率有关，此外还和高斯光束结构参数
（ 10,）z1 有关。增大 （z束1 腰远离望远镜 ）L，1 压缩比
也增大，光束准直性将更好些。
第一节 激光束的准直与自准直技术
总结：望远镜两透镜的距离为 D f1，f2其 中
f2 f1
如果有一高斯分布的激光光束，其发散角为 ，从左方
入射到倒置的望远系统，出射后的发散角 f1
第一节 激光束的准直与自准直技术
由于激光具有极好的方向性，一个经过准直的连续输出的 激光束，可以认为是一条粗细几乎不变的直线。因此可以用 激光束作为空间基准线，这样的激光准直仪能够测量直线度、 平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。
激光准直仪和平行光管、经纬仪等一般的准直仪相比， 具有工作距离长，测量精度高和便于自动控制、操作方便等 优点，可以广泛地用于隧道开凿、管道铺设、高层建筑建造、 造桥、修路、开矿以及大型设备的安装、定位等。
（例如中心斑直径 70m , 保持约1m范围内光强分布基本不变）
这一特点，在测量上可有许多用途。
图示为用于测量物 体表面轮廓的一个
扫描反射镜
CCD相机
例子。准直激光束
通过轴锥镜成为近
似的零阶贝塞尔光 束，经扫描反射镜。 光束在被测表面扫 一条细亮线。
光学测试技术_光电技术
可选择带通滤波器提高信噪比。带宽Bf：ω0-Ω~ω0+Ω
光信号频率调制
在宽带调频时，m f 1
t 0 m sin 0t m f sin t
带宽 B f 2 2
光信号脉冲调制
将直流光通量用斩光盘调制，可得到连续的光脉冲载 波。这种脉冲调制可实现对光脉冲信号的幅度、重复 频率、脉宽、相位等参数或者它们的组合按调制信息 改变。 此外，还可其他参量进行调制，如对光信号的偏振特 性参数调制、对光信号传输方向调制等。
detector2
source
Target
作涉 探测或者光外差探测。它被广泛地应用到雷达监测中。 请叙述该检测技术的基本原理。
2、时变光信号的调制检测
对光信号进行调制，将待测信息加载到光信号中达 到测量目的。调制技术可改善光电系统的工作品质， 提高信噪比和灵敏度，是光电检测系统中常用的方 法。
t 0 1 m sin t m sin t
cos t 1 0 m sin t mm 2 cos t 可选择带通滤波器提高信噪比。带宽：ω-Ω~ω+Ω
连续波调制
t 0 m V t sin V t t V t FM AM PM 满足：0 m V t
0 m sin 0t m f cos 0t sin t 1 0 m sin 0t m m f 2 sin 0 t sin 0 t
光信号的频率测量
光学测量与光学工艺知识点答案
目录第一章基本光学测试技术 (2)第二章光学准直与自准直 (5)第三章光学测角技术 (9)第四章：光学干涉测试技术 (12)第六章：光学系统成像性能评测 (15)第一章 基本光学测试技术• 对准、调焦的定义、目的；对准又称横向对准，是指一个对准目标（？）与比较标志（？）在垂直瞄准轴（？）方向像的重合或置中。
例：打靶、长度度量人眼的对准与未对准：对准的目的：1.瞄准目标（打靶）；2.精确定位、测量某些物理量（长度、角度度量）。
调焦又称纵向对准，是指一个目标像（？）与比较标志（？）在瞄准轴（？）方向的重合。
人眼调焦：调焦的目的 ：1.使目标与基准标志位于垂直于瞄准轴方向的同一个面上，也就是使二者位于同一空间深度；2.使物体（目标）成像清晰；3.确定物面或其共轭像面的位置——定焦。
121'2'1'P 2'2''•人眼调焦的方法及其误差构成；常见的调焦方法有清晰度法和消视差法。
清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。
调焦误差是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。
消视差法是以眼镜在垂直平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。
误差来源于人眼的对准误差。
（消视差法特点：可将纵向调焦转变为横向对准；可通过选择误差小的对准方式来提高调焦精确度；不受焦深影响）•对准误差、调焦误差的表示方法；对准误差的表示法：人眼、望远系统用张角表示；显微系统用物方垂轴偏离量表示；调焦误差的表示法：人眼、望远系统用视度表示；显微系统用目标与标志轴向间距表示；•常用的对准方式；常见的对准方式有压线对准，游标对准，夹线对准，叉线对准，狭缝叉线对准或狭缝夹线对准。
•光学系统在对准、调焦中的作用；提高对准、调焦精度，减小对准、调焦误差。
•提高对准精度、调焦精度的途径；使用光学系统进行对准，调焦；光电自动对准、光电自动调焦；•光具座的主要构造；平行光管（准直仪）；带回转工作台的自准直望远镜（前置镜）；透镜夹持器；带目镜测微器的测量显微镜；底座•平行光管的用途、简图；作用是提供无限远的目标或给出一束平行光。
光学测试技术-第3章-光学测角技术1
率的测量，该测量方法标准不确定度一般可以达到10-5量级。
武汉大学 电子信息学院
30
§3.2 测角技术的应用
本方法实际上是通过测量角度来完成折射率的测量。偏折角的测量 误差包括下列因素： （1）度盘的刻线误差 ； （2）对准望远镜的对准误差 ； （3）读数显微镜的读数误差 。 偏折角的测量标准不确定度为：
d/2
调节望远镜俯仰调节螺钉向上 移动1/2d
望远镜主轴垂直于仪器转轴 -------用各 半调节法将绿十字像调至与上方叉丝重合， 反复调节，使两面的十字像均与上叉丝重 合。注意：此步以后望远镜水平调节螺丝 不可再动！
绿“十”反射像
上方叉丝
调节载物台
调节载物台水平 ----- 重新放置双面镜（与原位置 成90°）调节螺钉c使十字像与上方叉丝重合。
武汉大学 电子信息学院
18
§3.2 测角技术的应用
1、测量原理 精密测角仪上测量角度可以有两种不同的光路：方法一：只使用自
准直望远镜，用自准直望远镜分别对准构成棱镜角度的两个平面，测量
时工作台与度盘固定。当自准像与分划板本身刻线重合时，表示自准直
望远镜视轴与棱镜平面1法线重合。这时从度盘上可以得到一读数。转动
读数。
问题：使用前的调整？
武汉大学 电子信息学院
6
测角仪器使用前的调节
测量前应调节分光计满足三方面要求： ① 平行光管出射平行光，即提供无穷远目标 ② 望远镜调焦于无穷远 ③ 平行光管和望远镜的光轴共面，且应与载物台
旋转轴垂直
1、望远镜调焦到无穷远
①
目镜
调节要点
• 目测粗调: 望远镜与平行光管等高且其主轴 垂直于中心轴，载物台基本水平，各螺钉应 位于中间可调位置；
物理实验技术中的光学特性测试方法
物理实验技术中的光学特性测试方法光学作为物理学的重要分支，涉及到很多领域的研究，从天文学到生物学，光学技术都起到了关键作用。
而在物理实验中，对光学特性的测试方法也是不可或缺的。
本文将介绍几种常见的光学特性测试方法，展示它们的原理和应用。
一、衍射和干涉衍射和干涉是光学实验中常用的测量方法之一。
衍射现象是光波在通过一个狭缝或物体边缘时的弯曲扩散。
而干涉则是两个或多个光波相互叠加而形成的干涉条纹。
这两种现象都能提供光波的波长和波速等信息。
通过衍射和干涉现象，可以测量光的波长。
例如，夫琅禾费衍射仪是一种常见的光学仪器，它利用狭缝产生衍射光，通过观察衍射光的干涉条纹，可以计算出光的波长。
这种方法在物理实验中广泛应用于测量激光的波长、光纤的色散等。
干涉仪也是常用的光学实验仪器，它利用干涉现象测量物体的形状和薄膜的厚度等。
例如，薄膜干涉仪可以通过观察薄膜上的干涉条纹来测量薄膜的厚度。
这种方法广泛应用于薄膜涂层的研究和制备中。
二、光电技术光电技术是利用光的电磁性质进行测量和控制的一种技术。
它主要依靠光电效应、光散射和光吸收等原理来实现对光学特性的检测。
光电二极管是光电技术应用最为广泛的器件之一。
通过测量光电二极管的输出电流或电压变化，可以得到光的强度、功率等信息。
在物理实验中，光电二极管广泛应用于光源的测量、光谱的测量以及光电转换器件的研究等。
光电倍增管是一种能够放大微弱光信号的器件。
它利用光电效应将光转化为电子，然后利用倍增过程将电子不断放大，从而提高信号的强度。
在物理实验中，光电倍增管常用于弱信号的测量，如荧光、放射性测量等。
三、散射和吸收光的散射和吸收是光学实验中用于测量物体光学特性的重要方法。
散射是光在物体表面上发生反射或散射的现象，而吸收则是光经过物体后被物体内部吸收的过程。
斯托克斯散射是一种常用的散射实验方法。
它利用光散射的方向和强度变化来分析和研究物质的光学性质。
斯托克斯散射广泛应用于材料的结构表征、颗粒的测量以及生物分子的研究等。
光学测试技术-第6章-光学系统成像性能评测1
武汉大学 电子信息学院
2
§6.1 成像性能评测的基本理论
一、像质评价研究方法
成像光学系统可以看作是一个信息传递或信息转换系统：
PSF(u, v) h(u, v) / h(u, v)dudv
其傅里叶变换即为光学系统的传递函数:
OTF(r,s) PSF(u, v)exp[i2 (ru sv)]dudv
武汉大学 电子信息学院
10
§6.1 成像性能评测的基本理论
定义了光学系统的传递函数后，可以把成像过程在频率域中表 达为：
把物方信息按一定的要求传递或转换至像方。在传递或转换过 程中，伴随着信息的变化及附加的背景或其它衍生信息，因此 输出像与输入物之间仅存在相似性，不存在完全的一致性。
输入物信息
光学成像系统
输出像信息
利用等效于电学与通信系统的方法，一个光学或光电系统 可以被描述成是一个时间/空间滤波器。对于静态的成像光学系 统，通常可以用一个等效的空间滤波器来描述。对于成像系统， 最关心的是其物与像的辐照度分布一致性，以及光度或辐射度 性能和色度性能等三个基本问题。
武汉大学 电子信息学院
11
§6.1 成像性能评测的基本理论
4、复合系统的成像关系
对于由光学系统和光电传感器共同构成的复杂光电成像系统， 可以把整个成像系统视为若干子系统，成像特性既要考虑初始目 标的形状、漫反射特征、景深及光谱成份，也要考虑传输特性、 成像特性、光电传感器的光谱响应特征、噪声、各单元器件的响 应一致性、动态范围等，对完全相干耦合成像，可按光线追击和 光波传播衍射理论，做瞳函数的振幅连乘和波差代数叠加：
光学测试技术实验报告
一、实验目的1. 熟悉光学测试技术的基本原理和实验方法。
2. 掌握光学测试仪器的操作技巧和数据处理方法。
3. 通过实验，验证光学测试技术在光学系统中的应用效果。
二、实验原理光学测试技术是利用光学原理和方法对光学系统进行测试和检测的技术。
其主要内容包括：光学元件的测量、光学系统的成像质量测试、光学系统的性能测试等。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 光学测试台- 光学元件（透镜、棱镜等）- 全息干涉仪- 激光器- 光学显微镜- 照相机- 计算机- 数据采集卡2. 实验材料：- 光学元件- 光学系统- 样品四、实验内容及步骤1. 光学元件测量（1）测量透镜的焦距将透镜放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过透镜后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的光斑直径，计算出透镜的焦距。
（2）测量透镜的球差将透镜放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过透镜后产生球差。
通过测量光屏上的球差曲线，计算出透镜的球差。
2. 光学系统成像质量测试（1）测试光学系统的像差将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的像差曲线，计算出光学系统的像差。
（2）测试光学系统的分辨率将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的衍射图样，计算出光学系统的分辨率。
3. 光学系统性能测试（1）测试光学系统的光通量将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光屏上。
通过测量光屏上的光强分布，计算出光学系统的光通量。
（2）测试光学系统的光谱特性将光学系统放置在光学测试台上，调整光路，使激光束通过系统后聚焦到光谱仪上。
通过测量光谱仪输出的光谱曲线，计算出光学系统的光谱特性。
五、实验结果与分析1. 光学元件测量结果（1）透镜焦距：f = 200mm（2）透镜球差：C = 0.02mm2. 光学系统成像质量测试结果（1）像差：RMS = 0.01mm（2）分辨率：R = 50lp/mm3. 光学系统性能测试结果（1）光通量：Φ = 80%（2）光谱特性：在可见光范围内，光学系统具有较好的光谱透过率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
场曲:
-dl B1
B
A
理想像面
孔径光阑
o
c
A'
B'1
B' -dl'
像散：子午与弧失在焦平面的焦点不同从而失去
对称性
高斯像面 S' T'
出瞳
主光线
lt' ls' l'
xts'
-xs'
-xt'
▪ Zemax中的像散
畸变
原因：垂轴放大率与视场有关，并非常数。 a枕形畸变 b桶形畸变
畸变产生原因
畸变由主光线的球差产生，z为轴上点，其近轴像 点位于z’，实际像点位于z”。
色差：同一孔径位置上在光轴上的像差。
A
-U
B
B'1
1
B'2
1
2
Y'2 Y'1
2 L'2
A'2 L'12 A&#同一介质对不同的色光有不同的折射率，故对轴
外物点，不同色光的垂直放大率也不相等，这种差异就是倍率色差。
小结
几 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸变 何 像 差
色差：位置色差、倍率色差
光学测试技术
理学院物理系 刘风磊
510111911
几何像差
▪ 1 用光线表示的像差—几何像差
▪ 1.1 像差种类 ▪ 1.2 各种像差简介
像差：实际光线产生的像相对于理 想像的偏离
▪ 单色像差：球差、彗差、像散、场曲、畸 变
▪ 色差：位置色差、倍率色差
球差（spherial aberration）：Definite:the
variation of focus with aperture .
▪ 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的 球形表面造成的。球差造成的结果是，一 个点成像后，不再是个亮点，而是一个中 间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像 质量
▪ 特点：1在轴上产生(轴上像差） 2旋转对称 像差
子午面与弧矢面
入瞳
轴上点：子午面与弧矢面光线分布一样 轴外点：弧矢光线对称于子午面，子午面内光线光束的对称 性被破坏。
慧差
▪ 光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光 线，经光学系统后，在像平面上会形成不 对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈 彗星形，即由中心到边缘拖着一个由细到 粗的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、 暗淡、模糊。这种轴外光束引起的像差称 为彗差。
彗差
慧差(coma):
▪
子午像差：
K
' T
( ya'
yb' ) / 2
yz'
▪
弧失像差：
K
' S
yS'
yZ'
场曲
▪ 场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲 时，整个光束的交点不与理想像点重合， 虽然在每个特定点都能得到清晰的像点， 但整个像平面则是一个曲面。
▪ 在一个平坦的影象平面上, 影像的清晰度 从中央向外发生变化,聚焦形成弧型, 就叫 场曲.