• RSS订阅 加入收藏  设为首页
干涉仪

光栅式横向剪切干涉仪——郎奇检验法\光栅检验法

时间:2024/7/14 20:09:48   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:390   评论:0
内容摘要:引言将透射光栅置于会聚光束焦点附近,由光栅衍射成完全相同的发散光束,其中这些光束的两束(或多束)重叠在一起产生干涉。本质上,这就是波前剪切干涉仪形成干涉的过程。因此,从这一观点出发,人们把光栅衍射光形成的干涉亦作为横向剪切干涉仪中的一类,并用横向剪切干涉方法分析和认识光栅检验。与棱镜式、平板式剪切干涉仪一样,光栅检验法...

引言

    将透射光栅置于会聚光束焦点附近,由光栅衍射成完全相同的发散光束,其中这些光束的两束(或多束)重叠在一起产生干涉。本质上,这就是波前剪切干涉仪形成干涉的过程。因此,从这一观点出发,人们把光栅衍射光形成的干涉亦作为横向剪切干涉仪中的一类,并用横向剪切干涉方法分析和认识光栅检验。

     与棱镜式、平板式剪切干涉仪一样,光栅检验法也是评价和测量光学元件和系统像差的最简单、最有效的方法之一。但是,由于定量解释较复杂,某些光学检测工作者未能将它付诸使用。然而,计算机广泛普及及其特殊应用需求的日益增多,使得光栅干涉检验在现代光学高端检验中获得成功的应用。

光栅检验法概况

     大约与棱镜剪切干涉仪出现的同时代,由意大利光学家、物理学家朗奇(Ronchi)发明的光栅检验法最早应用于1923~1926年间。他用一块有规律的透射光栅置于会聚光束焦点附近,来检验和评价凹光学表面或光学系统性能的方法与技术。类似于把法国光学家傅科(Foucautt)于1858年发明的刀口检验称为“傅科检验”一样,习惯上,人们把光栅检验法称为“朗奇检验”或“朗奇法”,把所使用的光栅称为“朗奇光栅”。甚至自1948年之后,用朗奇光栅观测的图形也通常被称为“朗奇图形”。朗奇检验的主要优点是,方法和设备非常简单,往往只需要使用一块适当频率的光栅和一个白光光源就可以进行朗奇检验。与其他剪切干涉仪一样,所观测的图形不能直接定量解释是其主要的缺点。

     朗奇检验法最早的应用之一是朗奇本人用于测量伽利略望远镜的像差。此后,这种不需要昂贵设备并且设备容易得到的、又能简便而迅速得到检验结果的方法,为专业天文光学专家和业余天文爱好者广泛应用。

     近些年来,朗奇检验的应用范围逐渐扩大,有人试图用朗奇检验法测定透镜的光学传递函数、测量透镜色差、评价激光晶体材料质量,以及用朗奇图形控制焦点位置来测量透镜的材料折射率和视觉的分辨率等。我们还曾把朗奇光栅检验直径1.56米的非球面镜面形的质量作为评价该镜面的多种方法之一。

    关于朗奇检验法本身,目前主要在进行以下四方面的工作。

(1)从详细的数学解析中找出相应的像差关系,通过运算求得检验结果。

(2)对于被测系统已定的像差计算相应的朗奇图形,由此图形与实际观测的朗奇图形作比较,得出检验结论。
(3)根据被检验波前的理论形状,计算并制作特殊的、具有曲线形状的朗奇光栅,以此光栅作为检验光栅。当被检验波前形状与理论形状相一致时,将呈现直的条纹。
(4)仍然凭借实验的或“经验”的纯定性朗奇检验。不过,这种纯定性的检验已被其他定量检验方法证实是正确的。
     当前,对于大多数光学工艺或光学检验人员,应用朗奇检验仍然属于最后一种检验方式。

朗奇检验原理

朗奇检验法可以用几何光学原理和物理光学原理解释。

朗奇检验的初期认识

     最早的朗奇检验是从几何光学观点研究的,点光源S发出的一東光线经被检验透镜L会聚于理想像点I,当光栅G置于像点I附近时,则可看到光栅投射在屏幕日上的影像,类似于一组平行光栅线的明暗交替的线条,且光栅G越靠近I点,这些线条则越宽。
     然而,如果透镜L有缺陷,不能使全部光线都通过单一的像点I,很显然,这时屏幕H上的影像不再是等距、相互平行的线条。譬如,若将透镜简单地分成边缘和中心两部分,边缘光线部分通过I1点,中心部分光线通过I2点。这样,光栅G离点I1和I2的距离不等,在屏幕H上两区域必然给出与透镜两部分相对应的不同宽度的两组线条,由屏幕上线条宽度可以推测出轴上点I1和I2的位置,同时可以辨认出传递光线到同一点的是透镜的哪一部分。或者更确切地说,可以确定透镜或系统某一区域的缺陷。

光栅式横向剪切干涉仪——郎奇检验法\光栅检验法

     从几何观点出发,由于像差波前不同部分的光线有不同焦点,这样,光栅线条起到多重傅科刀口作用而导致阴影图畸变,光栅越接近会聚点,畸变越明显。
     这就是朗奇检验最初几何光学的解释。这种解释对于低频光栅是有效的。
但对于高频光栅,出现一些复杂图形却难以给出令人信服的说明。
朗奇检验几何光学原理

     正如马拉卡拉后来解释的,朗奇检验法实际上是直接测量横向像差的方法.测量波前横向像差的朗奇检验原理。在相距被检验系统0前l处放置点光源S,在距离L处放置一块朗奇光栅G,其周期为g。

光栅式横向剪切干涉仪——郎奇检验法\光栅检验法

光栅式横向剪切干涉仪——郎奇检验法\光栅检验法

朗奇检验物理光学原理

     从物理光学观点出发,可以把朗奇图形看作衍射和干涉形成的结果,也就是说,可以把朗奇光栅看作剪切干涉元件。实质上,如果朗奇光栅是一块衍射光栅,会聚在其上的光束将产生多个衍射级,每个衍射级次给出一个光瞳横向剪切像,这些光瞳像叠加便产生干涉条纹。

引自《剪切干涉术及其进展》



标签:横向 剪切 干涉 检验 

逝者如斯,不舍昼夜作者QQ及微信:49922779 点击这里给我发消息

相关评论
QQ交流群:120100441    QQ客服:49922779 闽ICP备01008686号