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主流干涉仪原理介绍
发布时间:2024-08-30 14:51:57      点击次数:702

干涉仪是根据光的干涉原理制成的计量仪器,它以光波作为测量尺度,将被测物理量转化为光程差,最终以干涉条纹反映被测信息。作为计量仪器,干涉仪具有高精度、高灵敏度和非接触式测量等优点。根据不同的测试方式形成了具有各自特点的干涉仪。今天就主流使用的斐索干涉仪和迈克尔逊干涉仪做一个简单的介绍。




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斐索干涉仪
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斐索干涉仪原理为等厚干涉,用以检测光学元件的面形、光学镜头的波面像差以及光学材料均匀性等的一种精密仪器。其测量精度一般为/10~/100检测用光源的平均波长。


斐索干涉仪有平面的和球面的两种,前者由分束器、准直物镜和标准平面组成,后者由分束器、有限共轭距物镜和标准球面所组成。单色光束在标准平面或标准球面上,部分反射为参考光束;部分透射并通过被测件的,为检测光束。检测光束自准直物镜返回,与参考光束重合,形成等厚干涉条纹。用斐索平面干涉仪可以检测平板或棱镜的表面面形及其均匀性。用斐索球面干涉仪可以检测球面面形和其曲率半径,后者的测量精度约1微米。


斐索平面干涉仪的光路原理图如图1所示,由氦氖激光发射器发出的光源经过参考薄膜入射到测试薄膜表面。来自测试平面的光与离它很近的参考平面之间反射的光线具有相干性。参考平面的上表面和下表面之间并不平行,以此来保证上表面的反光不参与干涉条纹的形成。成像系统将参考平面和待检测平面的反光发生的干涉条纹接收并导入探测器分析,条纹形状和间隔等信息即可提供待测平面的形貌信息。



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迈克尔逊干涉仪
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迈克尔逊干涉仪(英文:Michelson interferometer)是光学干涉仪中最常见的一种,其发明者是美国物理学家阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊。迈克耳逊干涉仪的原理是:一束入射光经过分光镜分为两束后,各自被对应的平面镜反射回来,因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定(即满足干涉条件),所以能够发生干涉。干涉中,两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现,从而能够形成不同的干涉条纹。干涉条纹的形成与波长和光程差有关,当两支光程差为光波长的整数倍时,两光束相长干涉,产生亮条纹;当两支光程差为光波长的半整数倍时,两光束相消干涉,产生暗条纹。通过计算亮暗条纹的数量,可以得出被测物尺寸。


迈克尔逊干涉仪属于双光束干涉仪,顾名思义,仪器中包括两条光路:一束光被光学分束器(例如一面半透半反镜)反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器,之后透射过分束器被光检测器接收;另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜,之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。由于两束光路之间存在光程差,在光路中还要再加上一块补偿板消除光程差。



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