半导体激光器在干涉测量系统中的应用(4)
4.用小型斐索干涉仪搭建实验光路，在25.4mm透镜准直时，在不同腔长下采集多幅干涉图，用FFT法对干涉图进行相位解包运算，分析波面质量。在60mm透镜准直时，取同样的腔长间隔采集干涉图，用FFT法对干涉图进行相位解包运算，对比分析不同口径时出射光的波面质量。
5.用整形后的半导体激光器作光源，在25.4mm口径下采集不同腔长的干涉图，并用FFT法的它们的相位分布。计算干涉图的对比度，综合分析实验结果，分析半导体激光干涉仪准直物镜出射波面质量。
2干涉测量技术
干涉测量是一门以光波叠加为原理的测量技术，通过分析干涉场中条纹的亮暗变化、形状变化和数量变化，从而获取被测元件的相关信息。20世纪60年代激光器问世，并开始被引用到干涉测量中。由于激光光束具有亮度高、方向性好、单色性好的优点，克服了传统光源对干涉仪的限制，扩大了测量范围。20世纪70年代各种新型光电子器件的涌现，以及数字图像处理技术的发展，使干涉测量技术具有很高的测试灵敏度和准确度。以移相干涉原理、外差干涉原理等为代表的各种新型干涉仪应运而生，干涉技术开始进入超短波、超大口径、瞬动态，以及纳米、亚纳米分辨力和高准确度方向发展的新时代。
2.1干涉原理
在两个(或多个)光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，而另一些点在振动公式中减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象称为光的干涉现象[8]。根据光波叠加原理，在空间一点处同时存在两个光振动E1、E2时。叠加后该点合振动的光强为：
式中利用了关系式 ，即该点的光强应是该点光振幅平方的时间平均值。
从I表示式可以看出，因为I12的存在，该点合振幅的强度不是简单地等于两振动单独在该点产生的强度之和，I12称为干涉项。
设两个平面矢量波表示为
则两光波在某一点的和振动强度表示为
式中
显而易见，干涉项I12与两光波的振动方向及在这个点上的相位差δ有关。
由于另光波频率差引起的随时间的迅速变化而产生的相位差δ的变化，将使I12等于0，因此应有ω1= ω2。当两光波的振动方向互相垂直时，A1·A2=0，I12=0，此时无干涉现象。当两光波的振动方向有一定夹角α时，I12=A1A2cosα<cosδ>。只有两个振动的平行分量能够产生干涉，而且垂直分量将在观察面上形成背景光，对干涉条纹的清晰度产生影响。在相位差δ的表达式中，在观察时间内对于确定的点要求相位差恒定，不然在观察时间内多次经历0到2π的一切数值，导致I12=0。对于空间不同的店，此时对应着不同的相位差，致使强度不同，最后在空间可以形成未定的强度强弱分布。
有上述分析可知，光波叠加产生干涉条纹有三个条件：光波频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
在干涉场某点附近干涉场条纹的可见度定义为：
它表征了干涉场中某处条纹亮暗反差的程度。式中IM、Im分别是所考察位置附近的最大光强和最小光强。双光束干涉的强度分布公式为
也可表示为
而由K的定义式可求得
由上式可知，在求得余弦光强的分布之后，将其常数项归化为1，余弦变化部分的振幅即为条纹可见度。影响条纹可见度的主要因素有两相干光束的振幅比、光源大小和光源的非单色性。
实际使用的单色光都有一定的光谱宽度Δλ，这就会影响条纹的可见度。以为条纹艰巨与波长有关，Δλ范围内的每条普贤都各自形成一组干涉条纹，且零级以外，相互有偏移，各组条纹重叠的结果使得条纹可见度下降。设位于波数k0处的元谱线dk强度为I0(dk)，I0为光强的光谱分布。元谱线在干涉场中产生的光强分布为