当前课程知识点：光电仪器设计 > 第4章 干涉仪 > 4.8 菲索面形测量干涉仪 > 4.8 菲索面形测量干涉仪
大家好 这节课开始我们会介绍
面形测量用的干涉仪
它可以测量平面镜 球面镜
之前介绍了
基于平面镜的双频激光干涉仪
那么如果平面镜的面形有误差呢
它是否会引入测量误差呢
或者说导轨误差
和平面镜的误差混合在一起
该如何区分呢
那么自然我们会想到
如果能先测量平面镜的面形
就可以对这个误差进行一些修正了
下面我们来看一下
菲索干涉仪的工作原理
光源经过扩束准直以后入射到分光镜上
然后透过分光镜的光
入射到被测平面镜上
这样呢 在这儿我们可以进行观察
这个光路因为它是非常共路的光路
所以抗干扰性非常好
常被用于测量反射镜的面形
现在的问题是这个干涉仪是否好用呢
也就是说如果我被测面
没有放得和分光镜这么平行
被测面有点倾斜
那么会是什么现象呢
这时候的现象 也就是说
我们看到的干涉条纹
会非常非常的多
非常非常的密
举个例子来说 如果严格平行的话
那么我们看到的是一片均匀的干涉场
如果倾斜32秒
那么干涉条纹的间距就是2毫米
如果倾斜1度
那么干涉条纹的间距就是18微米
这个时候很难保证分光镜
和被测面的夹角
是小于1度的
那么怎么解决这个问题呢
在实际的仪器中一定要有一个预对准
这么一个过程
也就是说如果激光器发出的光
经过扩束准直以后
入射到分光镜上
然后再入射到待测面上
那么它们反射回来的光呢
被这个预对准用的CMOS相机拍摄
在这个相机之前有一个十字分划线
如果这时候光点对好了
我们再开始看干涉条纹
这时候对准实际上
就是一个几何光学的对准
要求比较粗 只是看光点
那么当它对好以后
我们把这个CCD相机给切换过来
来测量它的干涉条纹
我们来看一下实际的对准过程
当我们把测量镜放好以后
根本就看不到干涉条纹
而是看到了一片光场
那么这样怎么办呢
我们切换到粗调位置
看到的是两个光点
我们把这些光点调近调近
最后调到重合
然后再切换到测量光场
我们就可以看到干涉条纹了
这时候干涉条纹很亮
我们给它调暗 调暗
然后再给它调稀
这时候就可以测量了
那么除了粗调以外 还有一个是移相
之前我们在讲双频干涉仪中
我们介绍了
我们如果产生了一个交流信号
我们可以通过比相的方式去测量位相
但是用CCD它没法产生交流信号
这是一个图片呀
那么这时候我们想到的是四步移相法
移相法是什么意思呢
也就是说 这是分光镜 这是被测平面
得到的是这样的干涉条纹
那么在测量的过程中
我移动分光镜
移动一下 干涉条纹错位一下
再移动一下再错位一下
这样移动四次以后
我就可以根据这个移相
导致的干涉条纹的光强变化
来把我希望得到的位相解算出来了
也就是说最开始的这个位相公式里面
它包含了背景光 包含了对比度
也包含了初始的位相
而我们要的这个φ呢
并不能直接与光强划等号
但是如果我经过了四步移相
我们就可以得到I0 I1 I2 I3
然后用这个公式
就可以把我们希望的φ
求出来了
这里面呢 A呀 B呀
就不会对我的测量产生影响
下面我们来看一下移相过程中的视频
最开始干涉条纹不动
那么移相的时候
你看干涉条纹就开始发生变化
它就在移动 那么移完了以后
最后我们就可以得到测量结果
那么从这里头我们可以看出来
在移相的过程中
干涉条纹是发生变化的
那么这时候如果有噪声 如果有振动
或者其他干扰
那么这时候就会产生测量误差了
是否有不移相
而可以把它的位相解出来的方法呢
这个我们会在下节课进行讨论
那么下面我们接着来看一下
如何测量凹面镜和凸面镜的
曲率半径和面形
我们知道用干涉的方法测量面形
那么需要这个入射波和参考波
基本上是差不太多
这时候干涉条纹才能不太密
那么如果测量凹面镜或者凸面镜的时候
要是用平行光照射凹面镜或凸面镜
那么它的反射光和平行光去干涉
就会导致干涉条纹非常非常的多
这时候很不利于测量
那么怎么办呢
解决的办法
是在平行光后面加了一个参考镜
那么这个参考镜呢
把平行光会聚一下 然后再发散
照射到凹面镜上
那么这个凹面镜上被照射的光
被凹面镜反射回来以后
再与分光镜的平行光进行干涉
就可以求出凹面镜的面形了
如果想求凹面镜的曲率半径
怎么办呢
那么我们可以把凹面镜移动
一直移动到这个参考镜的会聚点上
我们管这个点叫猫眼
移动到这儿
我们可以测量出移动的距离r
就可以求出它的曲率半径
那么用一个参考镜
测量一个凹面镜的曲率半径
有点太麻烦
因为如果我要测量很多种凹面镜的话
那么我需要很多个参考镜就不太合适
那么是否可以用一个参考镜
测量好几个不同曲率半径的凹面镜呢
我们来看一下
如果我测量的是一个r1
那么我想测r2呢
那我就可以把凹面镜放远点
测量r3呢 我就可以放得更远一点
那么也就是说理论上说
用一个标准的镜头
可以测量任意曲率半径的凹面镜
它的问题后面我们还会再说
对于凸面镜是这样的
同样我用参考镜把光束会聚一下
照射到凸面镜上
我是可以测量这个凸面镜的面形的
如果我移动这个凸面镜
到它的猫眼的位置
我也可以测量出凸面镜的曲率半径
那么对于一个标准的参考镜
是否只能测量一个凸面镜呢
虽然说凸面镜的曲率半径变一点
我仍然可以测 但是这个测量范围
毕竟是有限的
也就是说我们只能测量与标准镜头焦距
大致相同的凸面镜
那么下面有另外一个问题
就是说对于测凹面镜来说
虽然我可以测量好几种不同的凹面镜
比如说我测量曲率半径为r3的
这个凹面镜的时候
那么这时候光束很发散
而我凹面镜的尺寸很小
那么这个时候实际上在我干涉场里面的
空间分辨率就会受到限制
也就是说干涉场里
得到的这个图像会很小
那么测量凸面镜也有类似的问题
下面我们小结一下这节课的内容
用几何光学的方法先初步找到光点
然后再调干涉条纹
用四步移相法可以排除背景光的干扰
那么当测量凹面镜的时候
或者凸面镜的时候
我们加参考镜就可以改变光束的发散
或者会聚状态
这样就可以完成凸面镜 凹面镜的测量
为了准确地得到位相
需要用四步移相法
但是移相的过程中需要时间
如果在移相的过程中有干扰进入
那么这时候怎么解决呢
如果我们被测的东西
不是一个连续的物体
而是有台阶 那又该怎么测量呢
这个我们将在下节课介绍
这节课就到这儿 谢谢
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
