移相干涉术学习.pptx

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1、位相的探测方法位相的探测方法位相的探测方法位相的探测方法位相的动态探测技术：移相干涉术、外差干涉术、锁相干涉术；位相的静态检测技术：条纹法、FFT法、空域移相法参考文献：参考文献：苏大图等，光学测试技术，北京理工大学出版社，1996年苏大图等，光学测量与像质鉴定，北京理工大学出版社，1988年J.C.Wyant,OPTI513,Chapter 5D.Malacara,Interferogram Analysis for Optical Testing,Marcel Dekker,Inc.1998 第1页/共49页移相干涉术移相干涉术移相干涉术移相干涉术Id(x，y)-干涉场的直流光强分布；Ia

2、(x，y)-干涉场的交流光强分布；(x，y)-被测波面与参考波面的相位差分布；(t)-两支干涉光路中的可变相位 第2页/共49页正弦信号的位相探测正弦信号的位相探测正弦信号的位相探测正弦信号的位相探测不失一般性，对于空间一点，干涉信号的强度随参考位相的变化为：我们的目的是求出位相，展开上式其中 a1=bcos，a2=bsin(*)(*)式为关于变量a、a1、a2的三元一次方程。使用最小二乘法，可以求出a1、a2，从而得出位相第3页/共49页最小二乘法求解最小二乘法求解最小二乘法求解最小二乘法求解取根据最小二乘法原理，有得第4页/共49页求解位相求解位相求解位相求解位相于是，有第5页/共49页四

3、步移相干涉四步移相干涉I0=a+bcos()=a+bcos I1=a+bcos(+/2)=a-bsin I2=a+bcos(+)=a-bcos I3=a+bcos(+3/2)=a+bsin 第6页/共49页移相式干涉仪移相式干涉仪Zygo GPI xpWyko 4100第7页/共49页国产移相式干涉仪国产移相式干涉仪斐索型，100，平面、球面，卧式 泰曼型，80/30，平面南京理工大学研制，2005年获国防科工委科技进步一等奖第8页/共49页国产移相式干涉仪国产移相式干涉仪1英寸，平面、球面，立卧两用 150，平面，立式南京理工大学研制，2004年获江苏省科技进步二等奖第9页/共49页国产数字

4、干涉仪国产数字干涉仪激光光外差平面干涉仪南京理工大学与中国计量院联合研制1993年获国家科技进步二等奖高精度大口径平面波像差标准南京理工大学研制1995年获国家科技进步二等奖第10页/共49页移相式红外干涉仪移相式红外干涉仪南京理工大学研制，1998年获国家科技进步三等奖第11页/共49页ZYGOZYGO干涉仪光路干涉仪光路第12页/共49页WYKOWYKO干涉仪光路干涉仪光路第13页/共49页移相干涉的特点移相干涉的特点移相干涉的特点移相干涉的特点数字化、定量化、数据量大测量精度高、重复性好波面可用数学表达式拟和减小震动等环境因素的影响消除系统误差的影响应用广泛第14页/共49页移相干涉术的

5、关键技术移相干涉术的关键技术移相器移相算法波面展开(phase unwrapping)移相误差的消除第15页/共49页移相移相-参考镜平移参考镜平移压电陶瓷堆第16页/共49页移相移相-双楔镜移动双楔镜移动第17页/共49页移相移相-转动玻璃平板转动玻璃平板第18页/共49页旋旋转转平平板板移移相相第19页/共49页移相移相-光栅移相光栅移相 用一光栅的各级衍射光(如0级和1级)先拍摄一张全息图，然后让光栅在其平面内沿垂直于刻线方向移动一个距离x，其结果又在0级与1级的衍射光中引入了分别为0、的相位变化。其中2/d，d为光栅常数。用这种方法，一次即可得到三幅移相的干涉图像，故操作更为简便。第2

6、0页/共49页移相移相-旋转半波片旋转半波片第21页/共49页10mm20mm压电陶瓷堆压电陶瓷堆第22页/共49页移相器移相器-单个单个PZTPZT移相器：由单个压电晶体组成PZT加以足够的预压力，可承载预压力约9公斤移动部件和PZT之间的连接是单点接触 基座厚重第23页/共49页移相器移相器-三个三个PZTPZT移相器：有效通光口径100mm由三组压电晶体组成可承载约9公斤预压力第24页/共49页移相器实验数据移相器实验数据移相器非线性为1.73%，重复性好移相器在移相幅度为2时的频响为900Hz，延迟约为0.3毫秒 第25页/共49页有效区域有效区域相干区域对相干区域对比度比较大比度比较

7、大 干涉条纹的对比度 第26页/共49页干涉图有效区域的确定干涉图有效区域的确定第27页/共49页移相算法移相算法-三步法三步法取=/4，3/4，5/4第28页/共49页三步法移相误差三步法移相误差第29页/共49页四步法四步法I0=a+bcos()=a+bcos I1=a+bcos(+/2)=a-bsin I2=a+bcos(+)=a-bcos I3=a+bcos(+3/2)=a+bsin 要求相移步长严格等于/2第30页/共49页HariharanHariharanHariharanHariharan五步法五步法五步法五步法 Hariharan五步法对移相器的线性误差有一定的抑制 当=90

8、时第31页/共49页HariharanHariharanHariharanHariharan五步法移相误差五步法移相误差五步法移相误差五步法移相误差与三步法或四步法相比，Hariharan五步法的误差下降了26倍。第32页/共49页六步法与七步法六步法与七步法六步法与七步法六步法与七步法移相步距60六步法七步法第33页/共49页移相误差移相误差移相误差移相误差与Hariharan五步法相比，六步法将测量误差减小了约30倍,而七步法将误差减小了约3个数量级。由此可以看出，在移相干涉术中，移相的步数越多，得到的结果越精确。第34页/共49页CarreCarre法法取=-3，-，3第35页/共49页

9、包裹相位包裹相位位相由反正切运算而来，只能得到位相的主值第36页/共49页位相展开位相展开位相展开的方法很多，已有专著出版，至今仍是热门研究课题第37页/共49页移相器校正移相器校正取5步：I5-I1I4-I2于是第38页/共49页PZTPZT的开环测量和标定的开环测量和标定电压-位移曲线的测试标定接触式干涉仪第39页/共49页移相器闭环校正方法移相器闭环校正方法FFTFFT方法方法第40页/共49页移相干涉软件系统移相干涉软件系统第41页/共49页ZygoZygo的软件系统的软件系统第42页/共49页应用举例应用举例一等量块测试一等量块测试第43页/共49页应用举例应用举例立方体楔角测试立方体楔角测试a1x+b1y+c1z+d=0a2x+b2y+c2z+d=0n1=(a1,b1,c1)n2=(a2,b2,c2)=n1 n2/(|n1|n2|)=/2(n-1)第44页/共49页应用举例应用举例光盘基片测试光盘基片测试使用红外干涉仪第45页/共49页移相式干涉仪的应用举例移相式干涉仪的应用举例镜面阵列光盘面形第46页/共49页移相式干涉仪的应用举例移相式干涉仪的应用举例刻蚀硅片CCD阵列第47页/共49页移相式干涉仪的应用举例移相式干涉仪的应用举例硅片表面微观结构硅片被面微观结构第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页