光电测试技术光电测试技术 成都信息工程学院第六章第六章 激光衍射测试技术激光衍射测试技术引引 言言光光光光波波波波在在在在传传传传播播播播过过过过程程程程中中中中遇遇遇遇到到到到障障障障碍碍碍碍物物物物时时时时，会会会会偏偏偏偏离离离离原原原原来来来来的的的的传传传传播播播播方方方方向向向向，绕绕绕绕过过过过障障障障碍碍碍碍物物物物的的的的边边边边缘缘缘缘而而而而进进进进入入入入几几几几何何何何阴阴阴阴影影影影区区区区，并并并并在在在在障障障障碍碍碍碍物物物物后后后后的的的的观观观观察察察察屏屏屏屏上上上上呈呈呈呈现现现现光光光光强强强强的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀分分分分布布布布，这这这这种种种种现现现现象象象象称称称称为为为为光光光光的的的的衍衍衍衍射射射射。使使使使光光光光波波波波发发发发生生生生衍衍衍衍射射射射的的的的障障障障碍碍碍碍物物物物或或或或者者者者其其其其它它它它能能能能使使使使入入入入射射射射光光光光波波波波的的的的振振振振幅幅幅幅或或或或位相分布发生某种变化的光屏称为位相分布发生某种变化的光屏称为位相分布发生某种变化的光屏称为位相分布发生某种变化的光屏称为衍射屏衍射屏衍射屏衍射屏。激光出现后，由于它具有高亮度、相干性好等优点，使光激光出现后，由于它具有高亮度、相干性好等优点，使光激光出现后，由于它具有高亮度、相干性好等优点，使光激光出现后，由于它具有高亮度、相干性好等优点，使光的衍射现象在测试技术中得到了实质性应用。的衍射现象在测试技术中得到了实质性应用。的衍射现象在测试技术中得到了实质性应用。的衍射现象在测试技术中得到了实质性应用。激光衍射测试技术是一种激光衍射测试技术是一种激光衍射测试技术是一种激光衍射测试技术是一种高准确度、小量程高准确度、小量程高准确度、小量程高准确度、小量程的精密测量技的精密测量技的精密测量技的精密测量技术，应用比较广泛。术，应用比较广泛。术，应用比较广泛。术，应用比较广泛。通常把衍射现象分为二类：通常把衍射现象分为二类：通常把衍射现象分为二类：通常把衍射现象分为二类：1 1）菲涅耳衍射，光源和观察屏（或二者之一）离开衍射屏距离有限，）菲涅耳衍射，光源和观察屏（或二者之一）离开衍射屏距离有限，）菲涅耳衍射，光源和观察屏（或二者之一）离开衍射屏距离有限，）菲涅耳衍射，光源和观察屏（或二者之一）离开衍射屏距离有限，又称为又称为又称为又称为近场衍射近场衍射近场衍射近场衍射；2 2）夫琅和费衍射，光源和观察屏距离衍射屏都相当于无限远，因而）夫琅和费衍射，光源和观察屏距离衍射屏都相当于无限远，因而）夫琅和费衍射，光源和观察屏距离衍射屏都相当于无限远，因而）夫琅和费衍射，光源和观察屏距离衍射屏都相当于无限远，因而又称为又称为又称为又称为远场衍射远场衍射远场衍射远场衍射。2 2惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理1 1、惠更斯原理、惠更斯原理、惠更斯原理、惠更斯原理 ( (Huygens principleHuygens principle) )：（1 1）波阵面的形成，波阵面的形成，波阵面的形成，波阵面的形成，（2 2）波面的传播方向：沿各个方向。）波面的传播方向：沿各个方向。）波面的传播方向：沿各个方向。）波面的传播方向：沿各个方向。2 2、菲涅耳原理、菲涅耳原理、菲涅耳原理、菲涅耳原理 因惠更斯子波来自同一光源，因惠更斯子波来自同一光源，因惠更斯子波来自同一光源，因惠更斯子波来自同一光源，具有相干性，波阵面外任一点光具有相干性，波阵面外任一点光具有相干性，波阵面外任一点光具有相干性，波阵面外任一点光振动应该是波面上所有子波相干振动应该是波面上所有子波相干振动应该是波面上所有子波相干振动应该是波面上所有子波相干叠加的结果。叠加的结果。叠加的结果。叠加的结果。3 3 基尔霍夫基尔霍夫基尔霍夫基尔霍夫 ( (KirchhoffKirchhoff) ) 从波动方程出发，用场论从波动方程出发，用场论从波动方程出发，用场论从波动方程出发，用场论得出了比较严格的衍射公式。得出了比较严格的衍射公式。得出了比较严格的衍射公式。得出了比较严格的衍射公式。4 4设有两个互补屏设有两个互补屏设有两个互补屏设有两个互补屏E1E1和和和和E2E2，则有：则有：则有：则有： E1E1E2E2无屏无屏无屏无屏产生的衍射：产生的衍射：产生的衍射：产生的衍射：除中心点除中心点除中心点除中心点P P0 0，则则则则光强：光强：光强：光强：所以形状大小一样的屏和孔产生的衍射图样是一样的，所以形状大小一样的屏和孔产生的衍射图样是一样的，所以形状大小一样的屏和孔产生的衍射图样是一样的，所以形状大小一样的屏和孔产生的衍射图样是一样的，一个形状相等的狭缝和细丝的衍射图形也是一样。一个形状相等的狭缝和细丝的衍射图形也是一样。一个形状相等的狭缝和细丝的衍射图形也是一样。一个形状相等的狭缝和细丝的衍射图形也是一样。巴比涅原理巴比涅原理(Babinet principle)5 56-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6 66-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.1 1.1 单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射夫琅和费衍射的计算比较简单，特别是对于简单形状孔夫琅和费衍射的计算比较简单，特别是对于简单形状孔夫琅和费衍射的计算比较简单，特别是对于简单形状孔夫琅和费衍射的计算比较简单，特别是对于简单形状孔径的衍射，通常能够以解析形式求出积分，并且夫琅和径的衍射，通常能够以解析形式求出积分，并且夫琅和径的衍射，通常能够以解析形式求出积分，并且夫琅和径的衍射，通常能够以解析形式求出积分，并且夫琅和费衍射是光学仪器中最常见的衍射现象。激光衍射测量费衍射是光学仪器中最常见的衍射现象。激光衍射测量费衍射是光学仪器中最常见的衍射现象。激光衍射测量费衍射是光学仪器中最常见的衍射现象。激光衍射测量的基本原理是利用激光的夫琅和费衍射。的基本原理是利用激光的夫琅和费衍射。的基本原理是利用激光的夫琅和费衍射。的基本原理是利用激光的夫琅和费衍射。夫琅和费衍射实验装置夫琅和费衍射实验装置夫琅和费衍射实验装置夫琅和费衍射实验装置b bL L1 1L L2 2S SP P P P0 0单缝夫琅和费衍射的实验装置单缝夫琅和费衍射的实验装置单缝夫琅和费衍射的实验装置单缝夫琅和费衍射的实验装置7 76-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.1 1.1 单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝夫琅和费衍射强度分布单缝夫琅和费衍射强度分布单缝夫琅和费衍射强度分布单缝夫琅和费衍射强度分布用振幅矢量法或衍射积分法都可以得到缝宽为用振幅矢量法或衍射积分法都可以得到缝宽为用振幅矢量法或衍射积分法都可以得到缝宽为用振幅矢量法或衍射积分法都可以得到缝宽为b b的单缝夫的单缝夫的单缝夫的单缝夫琅和费衍射光强分布表达式：琅和费衍射光强分布表达式：琅和费衍射光强分布表达式：琅和费衍射光强分布表达式：其中其中其中其中其分布如图示。其分布如图示。其分布如图示。其分布如图示。8 81 10.0470.0470.0170.017单缝夫琅和费衍射的相对光强分布单缝夫琅和费衍射的相对光强分布单缝夫琅和费衍射的相对光强分布单缝夫琅和费衍射的相对光强分布9 96-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.1 1.1 单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝测量的基本公式单缝测量的基本公式单缝测量的基本公式单缝测量的基本公式易知，衍射条纹平行于单缝方向。当易知，衍射条纹平行于单缝方向。当易知，衍射条纹平行于单缝方向。当易知，衍射条纹平行于单缝方向。当 ，且，且，且，且k k取整数时，出现一系列暗条纹。利用暗条纹作为测量指取整数时，出现一系列暗条纹。利用暗条纹作为测量指取整数时，出现一系列暗条纹。利用暗条纹作为测量指取整数时，出现一系列暗条纹。利用暗条纹作为测量指标，就可以进行计量。标，就可以进行计量。标，就可以进行计量。标，就可以进行计量。当当当当 不大时：不大时：不大时：不大时：因此缝宽因此缝宽因此缝宽因此缝宽b b可以写成可以写成可以写成可以写成10106-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.1 1.1 单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝测量的基本公式单缝测量的基本公式单缝测量的基本公式单缝测量的基本公式利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射可以利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射可以利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射可以利用被测物与参考物之间的间隙所形成的远场衍射可以实现测量，如图示。实现测量，如图示。实现测量，如图示。实现测量，如图示。当被测物尺寸改变当被测物尺寸改变当被测物尺寸改变当被测物尺寸改变bb时，相当于狭缝尺寸时，相当于狭缝尺寸时，相当于狭缝尺寸时，相当于狭缝尺寸b b改变改变改变改变bb，衍射衍射衍射衍射条纹的位置也随之改变：条纹的位置也随之改变：条纹的位置也随之改变：条纹的位置也随之改变： 1111a ab bL Lx xk k激光激光激光激光b)b)x xk kI I0 0L L观察屏观察屏观察屏观察屏参考物参考物参考物参考物被测物被测物被测物被测物激光激光激光激光b ba)a)衍射测量原理图衍射测量原理图衍射测量原理图衍射测量原理图12126-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.1 1.1 单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射单缝衍射测量的分辨力、准确度和量程单缝衍射测量的分辨力、准确度和量程单缝衍射测量的分辨力、准确度和量程单缝衍射测量的分辨力、准确度和量程测量分辨力测量分辨力测量分辨力测量分辨力能分辨的最小量值：能分辨的最小量值：能分辨的最小量值：能分辨的最小量值：测量合成标准不确定度测量合成标准不确定度测量合成标准不确定度测量合成标准不确定度测量量程一般为测量量程一般为测量量程一般为测量量程一般为0.010.050.010.05mmmm。 HeHeNeNe激光器波长稳定度一般优于激光器波长稳定度一般优于激光器波长稳定度一般优于激光器波长稳定度一般优于1010-6-6，这项误差可不予考虑。，这项误差可不予考虑。，这项误差可不予考虑。，这项误差可不予考虑。一般情况下，一般情况下，一般情况下，一般情况下，L L和和和和x xk k的相对不确定度不超过的相对不确定度不超过的相对不确定度不超过的相对不确定度不超过0.1%0.1%。取取取取L L=1m=1m， =0.63m=0.63m，k k=3=3，x xk k=10mm=10mm，可得到可得到可得到可得到u uc c( (b b) )=0.3m=0.3m。实际测量中还包括环境因素的影响，衍射测量可达到的不确定度实际测量中还包括环境因素的影响，衍射测量可达到的不确定度实际测量中还包括环境因素的影响，衍射测量可达到的不确定度实际测量中还包括环境因素的影响，衍射测量可达到的不确定度一般在一般在一般在一般在0.50.5mm左右左右左右左右。13136-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.2 1.2 圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射当平面波照射到圆孔时，其远场夫琅和费衍射像是中心当平面波照射到圆孔时，其远场夫琅和费衍射像是中心当平面波照射到圆孔时，其远场夫琅和费衍射像是中心当平面波照射到圆孔时，其远场夫琅和费衍射像是中心为圆形亮斑、外面绕着明暗相间的环行条纹为圆形亮斑、外面绕着明暗相间的环行条纹为圆形亮斑、外面绕着明暗相间的环行条纹为圆形亮斑、外面绕着明暗相间的环行条纹艾里斑：艾里斑：艾里斑：艾里斑：圆孔圆孔圆孔圆孔会聚透镜会聚透镜会聚透镜会聚透镜接收屏接收屏接收屏接收屏P PI I2 2r rf f 圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射14146-1 激光衍射测试技术基础激光衍射测试技术基础6. 6.1.2 1.2 圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射条条条条纹纹纹纹序数序数序数序数 sinsin22J J1 1( ( )/ )/ 2 2或或或或( (I Ip p/ /I I0 0) ) 光能分布光能分布光能分布光能分布中央亮中央亮中央亮中央亮纹纹纹纹第一暗第一暗第一暗第一暗纹纹纹纹第一亮第一亮第一亮第一亮纹纹纹纹第二暗第二暗第二暗第二暗纹纹纹纹第二亮第二亮第二亮第二亮纹纹纹纹第三暗第三暗第三暗第三暗纹纹纹纹第三亮第三亮第三亮第三亮纹纹纹纹0 01.22=3.8321.22=3.8321.635=5.1361.635=5.1362.233=7.0162.233=7.0162.679=8.4172.679=8.4173.283=10.1743.283=10.1743.699=11.6203.699=11.6200 01.221.22 /2/2r r1.635 1.635 /2/2r r2.233 2.233 /2/2r r2.679 2.679 /2/2r r3.283 3.283 /2/2r r3.699 3.699 /2/2r r1 10 00.01750.01750 00.00420.00420 00.00160.001683.78%83.78%0 07.22%7.22%0 02.77%2.77%0 01.46%1.46%圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布 15156-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法16166-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.1 2.1 间隙测量法间隙测量法间隙测量法间隙测量法间隙测量法是基于单缝衍射原理。间隙测量法是基于单缝衍射原理。间隙测量法是基于单缝衍射原理。间隙测量法是基于单缝衍射原理。a)a)比较测量比较测量比较测量比较测量 b b）测量轮廓测量轮廓测量轮廓测量轮廓 c c）测量应变测量应变测量应变测量应变间隙测量法的应用间隙测量法的应用间隙测量法的应用间隙测量法的应用参考边参考边参考边参考边b b参考边参考边参考边参考边工件工件工件工件激光激光激光激光b b参考物参考物参考物参考物试件试件试件试件b b激光激光激光激光激光激光激光激光P P17176-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.1 2.1 间隙测量法间隙测量法间隙测量法间隙测量法间隙测量法的基本装置示例间隙测量法的基本装置示例间隙测量法的基本装置示例间隙测量法的基本装置示例( (P207P207图图图图5.8)5.8)。绝对法绝对法分别是第分别是第k个暗条纹在缝宽变化前后距中央零级条纹中心的距离个暗条纹在缝宽变化前后距中央零级条纹中心的距离增量法增量法是通过某一固定的衍射角来记录条纹的变化数目是通过某一固定的衍射角来记录条纹的变化数目18186-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.2 2.2 反射衍射测量法反射衍射测量法反射衍射测量法反射衍射测量法反射衍射法是利用试件棱缘和反射镜构成的狭缝来进行反射衍射法是利用试件棱缘和反射镜构成的狭缝来进行反射衍射法是利用试件棱缘和反射镜构成的狭缝来进行反射衍射法是利用试件棱缘和反射镜构成的狭缝来进行衍射测量的。衍射测量的。衍射测量的。衍射测量的。P PA AA A L L2 2b bb b棱缘棱缘棱缘棱缘镜像棱缘镜像棱缘镜像棱缘镜像棱缘反射表面反射表面反射表面反射表面接收屏接收屏接收屏接收屏反射衍射法原理图反射衍射法原理图反射衍射法原理图反射衍射法原理图x xk k19196-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.2 2.2 反射衍射测量法反射衍射测量法反射衍射测量法反射衍射测量法 角一般是任意的，测得某一入射角角一般是任意的，测得某一入射角角一般是任意的，测得某一入射角角一般是任意的，测得某一入射角 位置的两个位置的两个位置的两个位置的两个x xk k值代值代值代值代入公式，联入公式，联入公式，联入公式，联立解出立解出立解出立解出 值和值和值和值和b b值。值。值。值。从实例可见，该法易于实现检测自动化，其检测灵敏度从实例可见，该法易于实现检测自动化，其检测灵敏度从实例可见，该法易于实现检测自动化，其检测灵敏度从实例可见，该法易于实现检测自动化，其检测灵敏度可达可达可达可达2.52.50.0250.025mm。光电器件光电器件光电器件光电器件磁盘磁盘磁盘磁盘磁头磁头磁头磁头b) b) 测量磁盘系统的间隙测量磁盘系统的间隙测量磁盘系统的间隙测量磁盘系统的间隙c) c) 直线性偏差直线性偏差直线性偏差直线性偏差试件试件试件试件标准反射面标准反射面标准反射面标准反射面试件试件试件试件标准刃边标准刃边标准刃边标准刃边a) a) 评价表面质量评价表面质量评价表面质量评价表面质量反射衍射法应用实例反射衍射法应用实例反射衍射法应用实例反射衍射法应用实例20206-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.3 2.3 分离间隙法分离间隙法分离间隙法分离间隙法在实际测量中，常会遇到组成狭缝的两棱边不在同一平在实际测量中，常会遇到组成狭缝的两棱边不在同一平在实际测量中，常会遇到组成狭缝的两棱边不在同一平在实际测量中，常会遇到组成狭缝的两棱边不在同一平面内，即存在一个间隔面内，即存在一个间隔面内，即存在一个间隔面内，即存在一个间隔z z。此时衍射图形出现不对称现象。此时衍射图形出现不对称现象。此时衍射图形出现不对称现象。此时衍射图形出现不对称现象。测两次，联立求解。测两次，联立求解。测两次，联立求解。测两次，联立求解。1 1 1 13 32 2AA1 1 2 2A A1 1L Lb bz zA AP Px xk1k1 x xk2k2P P2 2分离间隙法原理图分离间隙法原理图分离间隙法原理图分离间隙法原理图21216-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.4 2.4 互补测量法互补测量法互补测量法互补测量法激光衍射互补测量法的原理是基于巴比涅原理，当用平激光衍射互补测量法的原理是基于巴比涅原理，当用平激光衍射互补测量法的原理是基于巴比涅原理，当用平激光衍射互补测量法的原理是基于巴比涅原理，当用平面光波照射两个互补屏时，它们产生的衍射图形的形状面光波照射两个互补屏时，它们产生的衍射图形的形状面光波照射两个互补屏时，它们产生的衍射图形的形状面光波照射两个互补屏时，它们产生的衍射图形的形状和光强完全相同，仅位相差为和光强完全相同，仅位相差为和光强完全相同，仅位相差为和光强完全相同，仅位相差为 。利用此原理可对各种细。利用此原理可对各种细。利用此原理可对各种细。利用此原理可对各种细金属丝和薄带的尺寸进行高准确度的非接触测量。金属丝和薄带的尺寸进行高准确度的非接触测量。金属丝和薄带的尺寸进行高准确度的非接触测量。金属丝和薄带的尺寸进行高准确度的非接触测量。d dL L2 2平行光束平行光束平行光束平行光束互补法测量细丝直径原理图互补法测量细丝直径原理图互补法测量细丝直径原理图互补法测量细丝直径原理图22226-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.5 2.5 艾里斑测量法艾里斑测量法艾里斑测量法艾里斑测量法艾里斑测量法是基于圆孔的夫琅和费衍射原理，可进行艾里斑测量法是基于圆孔的夫琅和费衍射原理，可进行艾里斑测量法是基于圆孔的夫琅和费衍射原理，可进行艾里斑测量法是基于圆孔的夫琅和费衍射原理，可进行微小孔径的测量。微小孔径的测量。微小孔径的测量。微小孔径的测量。 显示器显示器显示器显示器电压比较器电压比较器电压比较器电压比较器光电接收器光电接收器光电接收器光电接收器2 2光电接收器光电接收器光电接收器光电接收器1 1被测件被测件被测件被测件激光器激光器激光器激光器L L衍射图衍射图衍射图衍射图喷丝头孔径的喷丝头孔径的喷丝头孔径的喷丝头孔径的艾里艾里艾里艾里斑测量原理斑测量原理斑测量原理斑测量原理1接收全部能量，其电压幅接收全部能量，其电压幅度不随孔径变化而变化度不随孔径变化而变化2只只接收艾里斑中心的部分能接收艾里斑中心的部分能量，其电压幅度随孔径大小量，其电压幅度随孔径大小和艾里斑面积改变而变化和艾里斑面积改变而变化23236-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.5 2.5 衍射频谱检测法衍射频谱检测法衍射频谱检测法衍射频谱检测法激光衍射频谱检测法是利用衍射条纹傅里叶变换面上的激光衍射频谱检测法是利用衍射条纹傅里叶变换面上的激光衍射频谱检测法是利用衍射条纹傅里叶变换面上的激光衍射频谱检测法是利用衍射条纹傅里叶变换面上的频谱变化，对工件表面缺陷进行检测，可应用于金属筛频谱变化，对工件表面缺陷进行检测，可应用于金属筛频谱变化，对工件表面缺陷进行检测，可应用于金属筛频谱变化，对工件表面缺陷进行检测，可应用于金属筛孔、集成电路掩膜、纤维、线材以及硅片等表面检测。孔、集成电路掩膜、纤维、线材以及硅片等表面检测。孔、集成电路掩膜、纤维、线材以及硅片等表面检测。孔、集成电路掩膜、纤维、线材以及硅片等表面检测。其主要检测方法有两种：傅立叶变换检测法和二次傅立其主要检测方法有两种：傅立叶变换检测法和二次傅立其主要检测方法有两种：傅立叶变换检测法和二次傅立其主要检测方法有两种：傅立叶变换检测法和二次傅立叶变换检测法。叶变换检测法。叶变换检测法。叶变换检测法。 二次傅立叶变换检测法举例：二次傅立叶变换检测法举例：二次傅立叶变换检测法举例：二次傅立叶变换检测法举例：24246-2 激光衍射测试方法激光衍射测试方法6. 6.2.6 2.6 衍射频谱检测法衍射频谱检测法衍射频谱检测法衍射频谱检测法检测过程如下：首先将一块标准试样（或合格品）放在检测过程如下：首先将一块标准试样（或合格品）放在检测过程如下：首先将一块标准试样（或合格品）放在检测过程如下：首先将一块标准试样（或合格品）放在图示的图示的图示的图示的4 4的位置上，获得傅里叶变换图，摄取在照片上，的位置上，获得傅里叶变换图，摄取在照片上，的位置上，获得傅里叶变换图，摄取在照片上，的位置上，获得傅里叶变换图，摄取在照片上，其负片是一张空间滤波器。这种滤波器的制作是这种检其负片是一张空间滤波器。这种滤波器的制作是这种检其负片是一张空间滤波器。这种滤波器的制作是这种检其负片是一张空间滤波器。这种滤波器的制作是这种检测方法的关键。检测时，将这张滤波器置于图中测方法的关键。检测时，将这张滤波器置于图中测方法的关键。检测时，将这张滤波器置于图中测方法的关键。检测时，将这张滤波器置于图中6 6的位置的位置的位置的位置上，把被检测件置于上，把被检测件置于上，把被检测件置于上，把被检测件置于4 4的位置上。如果试件上有缺陷，通的位置上。如果试件上有缺陷，通的位置上。如果试件上有缺陷，通的位置上。如果试件上有缺陷，通过逆傅里叶变换（透镜）后就能在观察屏过逆傅里叶变换（透镜）后就能在观察屏过逆傅里叶变换（透镜）后就能在观察屏过逆傅里叶变换（透镜）后就能在观察屏8 8上看到亮点。上看到亮点。上看到亮点。上看到亮点。亮点表示试件在这个对应位置上存在缺陷。亮点表示试件在这个对应位置上存在缺陷。亮点表示试件在这个对应位置上存在缺陷。亮点表示试件在这个对应位置上存在缺陷。检测大规模集成电路掩膜缺陷时，可以达到检测大规模集成电路掩膜缺陷时，可以达到检测大规模集成电路掩膜缺陷时，可以达到检测大规模集成电路掩膜缺陷时，可以达到0.80.8mm的检测的检测的检测的检测分辨力。分辨力。分辨力。分辨力。25251 12 23 34 45 56 67 78 8f fFTFTf fFTFTf f1FT1FTf f1FT1FT缺陷光缺陷光缺陷光缺陷光1-1-激激激激光光光光器器器器 2-2-可可可可调调调调衰衰衰衰减减减减器器器器 3-3-带带带带小小小小孔孔孔孔的的的的扩扩扩扩束束束束器器器器 4-4-被被被被测测测测件件件件 5-5-傅傅傅傅里里里里叶叶叶叶变变变变换换换换透透透透镜镜镜镜 6-6-空间滤波器空间滤波器空间滤波器空间滤波器 7-7-逆傅里叶变换透镜逆傅里叶变换透镜逆傅里叶变换透镜逆傅里叶变换透镜 8-8-观察屏或光电检测面观察屏或光电检测面观察屏或光电检测面观察屏或光电检测面二次傅里叶变换检测法原理图二次傅里叶变换检测法原理图二次傅里叶变换检测法原理图二次傅里叶变换检测法原理图26266-3 衍射光栅衍射光栅27276-3 衍射光栅衍射光栅 能能能能够够够够使使使使入入入入射射射射光光光光的的的的振振振振幅幅幅幅或或或或位位位位相相相相，或或或或者者者者两两两两者者者者同同同同时时时时产产产产生生生生周周周周期性空间调制的光学元件叫做衍射光栅。期性空间调制的光学元件叫做衍射光栅。期性空间调制的光学元件叫做衍射光栅。期性空间调制的光学元件叫做衍射光栅。分类：根据利用反射光还是透射光，衍射光栅可分为反分类：根据利用反射光还是透射光，衍射光栅可分为反分类：根据利用反射光还是透射光，衍射光栅可分为反分类：根据利用反射光还是透射光，衍射光栅可分为反射光栅和透射光栅两类；按它对入射光的调制方式又可射光栅和透射光栅两类；按它对入射光的调制方式又可射光栅和透射光栅两类；按它对入射光的调制方式又可射光栅和透射光栅两类；按它对入射光的调制方式又可分为振幅光栅和位相光栅；此外，还有矩形光栅和余弦分为振幅光栅和位相光栅；此外，还有矩形光栅和余弦分为振幅光栅和位相光栅；此外，还有矩形光栅和余弦分为振幅光栅和位相光栅；此外，还有矩形光栅和余弦光栅，一维、二维、三维光栅等。光栅，一维、二维、三维光栅等。光栅，一维、二维、三维光栅等。光栅，一维、二维、三维光栅等。光栅种类虽然较多，但其主要应用是作为分光元件，在光栅种类虽然较多，但其主要应用是作为分光元件，在光栅种类虽然较多，但其主要应用是作为分光元件，在光栅种类虽然较多，但其主要应用是作为分光元件，在光谱测试、光通信系统等领域有广泛的应用。光谱测试、光通信系统等领域有广泛的应用。光谱测试、光通信系统等领域有广泛的应用。光谱测试、光通信系统等领域有广泛的应用。这里仅介绍几种应用。这里仅介绍几种应用。这里仅介绍几种应用。这里仅介绍几种应用。28286.3.1 6.3.1 衍射光栅的基本特性衍射光栅的基本特性衍射光栅的基本特性衍射光栅的基本特性 光栅方程光栅方程光栅方程光栅方程 色散本领色散本领色散本领色散本领分辨本领分辨本领分辨本领分辨本领29296-3 衍射光栅衍射光栅6. 6.3.2 3.2 衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例1 1光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪球球球球面面面面反反反反射射射射镜镜镜镜接收部分接收部分接收部分接收部分谱面谱面谱面谱面闪耀光栅闪耀光栅闪耀光栅闪耀光栅转台转台转台转台准直部分准直部分准直部分准直部分反射镜反射镜反射镜反射镜狭狭狭狭缝缝缝缝聚聚聚聚光光光光镜镜镜镜光源光源光源光源利特罗自准直光谱仪利特罗自准直光谱仪利特罗自准直光谱仪利特罗自准直光谱仪30306-3 衍射光栅衍射光栅6. 6.3.2 3.2 衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例2 2光波分复用器光波分复用器光波分复用器光波分复用器6.26.2 自聚焦透镜自聚焦透镜自聚焦透镜自聚焦透镜 输出光纤输出光纤输出光纤输出光纤 输入光纤输入光纤输入光纤输入光纤 1 1 5 5 光栅光栅光栅光栅 玻璃楔玻璃楔玻璃楔玻璃楔 125125 m m 光栅型波分复用器结构示意图光栅型波分复用器结构示意图光栅型波分复用器结构示意图光栅型波分复用器结构示意图 1 1 5 531316-3 衍射光栅衍射光栅6. 6.3.2 3.2 衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例3 3光纤光栅光纤光栅光纤光栅光纤光栅光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。光纤光栅利用光纤材料的光敏性（外界入射光和掺锗光光纤光栅利用光纤材料的光敏性（外界入射光和掺锗光光纤光栅利用光纤材料的光敏性（外界入射光和掺锗光光纤光栅利用光纤材料的光敏性（外界入射光和掺锗光纤纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化），纤纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化），纤纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化），纤纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化），在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实质上是纤芯内形在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实质上是纤芯内形在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实质上是纤芯内形在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实质上是纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。目前制作的光纤光栅反射率目前制作的光纤光栅反射率目前制作的光纤光栅反射率目前制作的光纤光栅反射率R R可达可达可达可达9898，反射谱宽为，反射谱宽为，反射谱宽为，反射谱宽为1 1nmnm。32326-3 衍射光栅衍射光栅6. 6.3.2 3.2 衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例衍射光栅应用例4 4光栅分束器光栅分束器光栅分束器光栅分束器氦氖激光器氦氖激光器氦氖激光器氦氖激光器光栅光栅光栅光栅1 1光栅光栅光栅光栅2 2成像透镜成像透镜成像透镜成像透镜滤波孔径滤波孔径滤波孔径滤波孔径干涉图平面干涉图平面干涉图平面干涉图平面偏振器偏振器偏振器偏振器准直镜准直镜准直镜准直镜待检表面待检表面待检表面待检表面掠掠掠掠入射入射入射入射干涉仪光路图干涉仪光路图干涉仪光路图干涉仪光路图3333