第六章 激光全息技术(f)课件

1、1第六章第六章 激光全息技术激光全息技术2全息的来源全息的来源: 1948年盖伯年盖伯(D.Gebar)提出用一个合适的相提出用一个合适的相干光照射全息图，透射光的一部分就能重新模拟干光照射全息图，透射光的一部分就能重新模拟出原物的散射波前，于是重现一个与原物非常逼出原物的散射波前，于是重现一个与原物非常逼真的三维图像。真的三维图像。1960年激光的出现促进了全息照年激光的出现促进了全息照相术的发展，全息术得到了不断完善，为此他荣相术的发展，全息术得到了不断完善，为此他荣获获1971年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。应用应用:全息测量系统全息测量系统全息存储全息存储全息防伪全息防伪无损检测无

2、损检测全息电影全息电影3全息照相的概念 全息照相术是一种新型全息照相术是一种新型的照相技术，其成像过的照相技术，其成像过程是：利用光的干涉和程是：利用光的干涉和衍射现象，在照相干板衍射现象，在照相干板或胶片上以干涉条纹的或胶片上以干涉条纹的形式把图像记录下来，形式把图像记录下来，然后用光照射这种干板然后用光照射这种干板（称作全息干板），就（称作全息干板），就能以立体形式再现出原能以立体形式再现出原来的物体像。来的物体像。 4 与普通照相不同，全息照相与普通照相不同，全息照相有一些突出的特点，比如它有一些突出的特点，比如它的像有三维立体性、其干板的像有三维立体性、其干板具有可分割性、可多次记录具

3、有可分割性、可多次记录性等等。全息照相之所以具性等等。全息照相之所以具有上述特点，是因为全息照有上述特点，是因为全息照相与普通照相的方法截然不相与普通照相的方法截然不同。普通照相在胶片上记录同。普通照相在胶片上记录的仅是物光的振幅信息（即的仅是物光的振幅信息（即光强分布），而全息照相在光强分布），而全息照相在记录振幅信息的同时，还记记录振幅信息的同时，还记录了物光的相位信息，录了物光的相位信息，“全全息息”也因此而得名。也因此而得名。 5全息照相术的起源 全息术最初是由英国科学全息术最初是由英国科学家家盖伯盖伯于于1948年提出来的，年提出来的，盖伯并因此在盖伯并因此在1971年获得年获得了诺

4、贝尔物理学奖，当初了诺贝尔物理学奖，当初的目的是想利用全息术提的目的是想利用全息术提高电子显微镜的分辨率，高电子显微镜的分辨率，盖伯当初使用汞灯作为光盖伯当初使用汞灯作为光源，但是汞灯作为光源还源，但是汞灯作为光源还不是很理想，这种技术由不是很理想，这种技术由于要求高度相干性及高强于要求高度相干性及高强度的光源而一度发展缓慢。度的光源而一度发展缓慢。6 1960年梅曼（年梅曼（Maiman）研制成）研制成功了红宝石激光器，第二年功了红宝石激光器，第二年（1961年）贾范（年）贾范（Javan）等制）等制成了氦氖激光器。从此，一种全成了氦氖激光器。从此，一种全所未有的优质相干光源诞生了。所未有的

5、优质相干光源诞生了。1962年美国科学家年美国科学家E.N.利思利思（E.N.Leith）和）和J.乌帕特尼克斯乌帕特尼克斯（J.Upatnieks）用激光器对盖）用激光器对盖伯的技术做了划时代的改进，全伯的技术做了划时代的改进，全息术的研究从此获得了突飞猛进息术的研究从此获得了突飞猛进的发展，近年来，全息技术的研的发展，近年来，全息技术的研究日趋广泛深入，逐渐开辟了全究日趋广泛深入，逐渐开辟了全息应用的新领域，成为近代光学息应用的新领域，成为近代光学的一个重要分支。的一个重要分支。 7 全息技术是一种分两步成像的技术，即全全息技术是一种分两步成像的技术，即全息图的记录和物光波的再现。它和普通

6、照息图的记录和物光波的再现。它和普通照相技术的区别是不仅能在底片上记录下物相技术的区别是不仅能在底片上记录下物光光强的变化同时还能记录下物光的位光光强的变化同时还能记录下物光的位相变化，即能把物光的所有信息全部记录相变化，即能把物光的所有信息全部记录下来，通过再现，可获得物体的下来，通过再现，可获得物体的立体像立体像。一、全息技术的基本原理一、全息技术的基本原理8，每毫，每毫其过程分：其过程分：1、 全息图的记录全息图的记录2、物光波再现、物光波再现1、全息图的记录、全息图的记录普通照相：普通照相：记录了光的光强和颜色（频率）每毫记录了光的光强和颜色（频率）每毫米只能记录米只能记录50100个

7、条纹个条纹 记录介质：银化物记录介质：银化物全息图：全息图： 记录了波前信息：光强及相位记录了波前信息：光强及相位米记录米记录1000个以上条纹个以上条纹 记录介质：卤化银乳胶记录介质：卤化银乳胶和重铬酸盐乳胶和重铬酸盐乳胶9 1全息图的记录全息图的记录 如图所示，用相干光照射物体，物体散射出来的光波投射如图所示，用相干光照射物体，物体散射出来的光波投射到全息干板上，同时用同一光源发出的另一部分相干光波作到全息干板上，同时用同一光源发出的另一部分相干光波作参考光也照射到全息干板上，于是在干板上形成两束光的干参考光也照射到全息干板上，于是在干板上形成两束光的干涉。在感光乳胶的作用下，干涉条纹被记

8、录下来。涉。在感光乳胶的作用下，干涉条纹被记录下来。 这样曝光后的干板再经适这样曝光后的干板再经适当的显影、定影处理就成为全当的显影、定影处理就成为全息底片。这个过程称为息底片。这个过程称为“记录记录过程过程”。假定物体光波沿。假定物体光波沿z轴正轴正向照射到全息干板上，全息干向照射到全息干板上，全息干板放在板放在xoy平面内平面内(图中仅画出图中仅画出yoz坐标面坐标面)：参考光束是以一定：参考光束是以一定的入射角对干板进行照射的平的入射角对干板进行照射的平面波面波(也可是球面波也可是球面波)。10设参考光波的电矢量为：设参考光波的电矢量为：Er = ArejrEo = Aoejo式中，式中

9、，Ar为参考光波振幅，为参考光波振幅，r 为参考光波初位相。为参考光波初位相。同样，设物体光波的电矢量为同样，设物体光波的电矢量为式中，式中，Ao为物体光波振幅，为物体光波振幅， o为物体光波初位相为物体光波初位相11 因为参考光波是一个强度均匀的平面波，它以入射角因为参考光波是一个强度均匀的平面波，它以入射角i照照射到记录介质上，介质上各点的强度分布是相同的射到记录介质上，介质上各点的强度分布是相同的(即振即振幅恒定幅恒定)。而位相分布则随。而位相分布则随y值而变。如果以入射到值而变。如果以入射到o点的点的光线的位相为参考，那么入射到记录介质上任一点光线的位相为参考，那么入射到记录介质上任一

10、点P(x，y)的光线的位相将比入射到的光线的位相将比入射到o点光线的位相延迟一个点光线的位相延迟一个r，即即 r=(2/)= （2/）y sin i = ay 令令2 sin i /=，则任一点，则任一点P(x,y)，参考光波的光场分，参考光波的光场分布可写为布可写为Er = Arejay12 于是参考光波和物体光波在于是参考光波和物体光波在P处的合成电场分布是处的合成电场分布是v记录介质仅对光强起反应，而光强可表示为光波记录介质仅对光强起反应，而光强可表示为光波振幅的平方即振幅的平方即v 对物体光波，由于入射到记录介质上各点的振幅和对物体光波，由于入射到记录介质上各点的振幅和位相均为位相均为

11、x,y的函数，故在的函数，故在P(x,y)点物体光波电场分布点物体光波电场分布将是将是Eo = Ao(x,y)ejo(x,y)13所以干板上的光强分布所以干板上的光强分布: 从上式可以看出，全息底片上的光强按正弦规律分布。从上式可以看出，全息底片上的光强按正弦规律分布。由于参考光是固定不动的，所以由于参考光是固定不动的，所以Ar和和r是不变的。全息底是不变的。全息底片上的干涉条纹主要由物体光束调制，即干涉条纹的亮度和片上的干涉条纹主要由物体光束调制，即干涉条纹的亮度和形状主要由物体光波决定，因此物体光波的振幅和相位以光形状主要由物体光波决定，因此物体光波的振幅和相位以光强的形式记录在全息底片上

12、。全息底片经过显影和定影处理强的形式记录在全息底片上。全息底片经过显影和定影处理后，就成为一张全息图。后，就成为一张全息图。142.物光波再现所决定的全息图片处理后具有一定的振幅透过率分所决定的全息图片处理后具有一定的振幅透过率分布布t(x，y)，它是记录时曝光光强的非线性函数，曝，它是记录时曝光光强的非线性函数，曝光量光量E和振幅透过率和振幅透过率t之间的关系如图所示。一般把之间的关系如图所示。一般把这个曲线叫做这个曲线叫做tE曲线。当记录介质的曝光使用曲线。当记录介质的曝光使用tE曲线线性部分时，所得到的透过率就和曝光光强成曲线线性部分时，所得到的透过率就和曝光光强成线性关系。这时线性关系

13、。这时152 222e3Ee (x, y) = t(x, y)Er = mI (x, y) = m(Ar + A0 (x, y)Ar e+mAr 2 A0 (x, y)e j0 (x, y)j2ay -j0 (x, y)+mA0 (x, y)Ar ejayAr ejay 是再现时的光波表达式。由此可以看出，如果参考是再现时的光波表达式。由此可以看出，如果参考光波是充分均匀的，光波是充分均匀的，Ar2是处在整个全息图上近似为常是处在整个全息图上近似为常数，即方程第二项正好是数，即方程第二项正好是mAr2乘上一个物体光波乘上一个物体光波A0 (x, y)e j0 (x, y)，它表示一个与物体光波

14、相同的透射光波，它表示一个与物体光波相同的透射光波，这个光波具有原始光波所具有的一切性质。这个光波具有原始光波所具有的一切性质。 再现时，如果用和参考光波一样的光波作照明光波来照再现时，如果用和参考光波一样的光波作照明光波来照明处理后的记录介质明处理后的记录介质(全息图全息图)，则得到的透射光波为，则得到的透射光波为= m(Ar + A0 (x, y)Ar e+mAr 2 A0 (x, y)e j0 (x, y)j2ay -j0 (x, y)+mA0 (x, y)Ar e 116 由于再现时实际物体不由于再现时实际物体不存在，该像只是由衍射存在，该像只是由衍射光线的反向延长线所构光线的反向延长

15、线所构成的，我们把它所形成成的，我们把它所形成的像称为原始物体的的像称为原始物体的虚虚像像或原始像，如图所示。或原始像，如图所示。 如果我们迎着这个光波观察就会看到一个和原来一如果我们迎着这个光波观察就会看到一个和原来一模一样的模一样的“物体物体”，这个光波就好像是它发出似的，这个光波就好像是它发出似的，所以称这个透射波是原始物体波前的再现。所以称这个透射波是原始物体波前的再现。17 式中第三项也含有物体光波的振幅和位相信息，式中第三项也含有物体光波的振幅和位相信息，但是它和物波的前进方向不同，这可从位相项中但是它和物波的前进方向不同，这可从位相项中看出。第三项所表示的光波是比照明光波更偏离看

16、出。第三项所表示的光波是比照明光波更偏离于于z轴的光束波前，偏角比轴的光束波前，偏角比i大一倍左右。大一倍左右。 o (x, y)前的负号表示再现光波对原始物体光波在位相上前的负号表示再现光波对原始物体光波在位相上是共轭的，即从波前来看，若原来物体光波是发是共轭的，即从波前来看，若原来物体光波是发散的话，则该光波将是会聚的。在这里，原来物散的话，则该光波将是会聚的。在这里，原来物体光波是发散的，所以，这一顶表示的光波在记体光波是发散的，所以，这一顶表示的光波在记录介质后边某处形成原始物体的一个实像。录介质后边某处形成原始物体的一个实像。2e3j2ay -j0 (x, y) mA0 (x, y)

17、Ar e18 式中第一项是照明光束传播的光波它经全息照片式中第一项是照明光束传播的光波它经全息照片后不偏转，是照明光波的继续，后不偏转，是照明光波的继续，Ar2仅造成一种均匀仅造成一种均匀的背景，的背景， Ao2 (x,y)包含物体上各点在记录时所发射包含物体上各点在记录时所发射光波的自相干和互相干分量，一般使全息图在表观光波的自相干和互相干分量，一般使全息图在表观上看来出现一种均匀颗粒状分布或所谓的斑点图像，上看来出现一种均匀颗粒状分布或所谓的斑点图像，再现时，产生再现时，产生“晕状雾光晕状雾光”，当物体亮度较小时，当物体亮度较小时，可忽略不计。可忽略不计。= m(Ar + A0 (x, y

18、)Ar e12 2193.全息技术对光源的要求全息技术对光源的要求 同普通照相一样具有能使底片得以曝光的光能同普通照相一样具有能使底片得以曝光的光能输出；输出； 具有为满足光束的干涉和衍射所必须的时间具有为满足光束的干涉和衍射所必须的时间相干性和空间相干性相干性和空间相干性20二、全息干涉测量技术二、全息干涉测量技术 单纯的全息照相技术单纯的全息照相技术,不能提供测量信息不能提供测量信息, 但全但全息底片记录了物光的某一状态的波前信息息底片记录了物光的某一状态的波前信息, 可以与新可以与新的物光信息形成干涉的物光信息形成干涉, 可以利用干涉测量的技术可以利用干涉测量的技术,进进行测量分析工作。

19、行测量分析工作。1965年年 R. Powell 和和K. Stetsen提出提出, 把干涉测量和全把干涉测量和全息技术相结合息技术相结合, 进行一些测量工作。进行一些测量工作。 常用的测量方法主要有常用的测量方法主要有: 1. 实时法实时法2. 二次曝光法二次曝光法3. 时间平均法时间平均法21 把普通的干涉测量同全息技术结合起来，有如下特把普通的干涉测量同全息技术结合起来，有如下特点：点： 1)一般干涉测量只可用来测量形状比较简单的高度一般干涉测量只可用来测量形状比较简单的高度抛光表面的工件，而全息干涉测量能够对具有任意抛光表面的工件，而全息干涉测量能够对具有任意形状和粗糙表面的三维表面进

20、行测量，精度可达光形状和粗糙表面的三维表面进行测量，精度可达光波波长数量级。波波长数量级。 2)由于全息图再现的像具有三维性质，故用全息技由于全息图再现的像具有三维性质，故用全息技术就可以通过干涉测量方法从许多不同视角去观察术就可以通过干涉测量方法从许多不同视角去观察一个形状复杂的物体，一个干涉测量全息图就相当一个形状复杂的物体，一个干涉测量全息图就相当于用一般干涉测量进行的多次观察。于用一般干涉测量进行的多次观察。22 3)全息干涉测量可以对一个物体在两个不同全息干涉测量可以对一个物体在两个不同时刻的状态进行对比，因而可以探测物体在时刻的状态进行对比，因而可以探测物体在一段时间内发生的任何改

21、变。这样，将此一一段时间内发生的任何改变。这样，将此一时刻物体与较早时刻的物体本身加以比较，时刻物体与较早时刻的物体本身加以比较，在许多领域的应用中将有很大优点，特别是在许多领域的应用中将有很大优点，特别是适用于任意形状和粗糙表面的测量。适用于任意形状和粗糙表面的测量。23 全息干涉测量的不足之处是其测量范围小，全息干涉测量的不足之处是其测量范围小，仅几十微米左右。仅几十微米左右。常用的测量方法主要有常用的测量方法主要有:1. 实时法实时法2. 二次曝光法二次曝光法3. 时间平均法时间平均法241. 实时法实时法实时法通过观察干涉条实时法通过观察干涉条纹的变化情况来研究物纹的变化情况来研究物体

22、的变形趋势和状况，体的变形趋势和状况，探测和检查物体内部的探测和检查物体内部的缺陷。缺陷。应用应用: 实时观察不同条实时观察不同条件下的变形情况件下的变形情况,如温度如温度压力压力内部情况内部情况 实时法是物体曝光一次的全息图，经显影和定影处实时法是物体曝光一次的全息图，经显影和定影处理后在原来摄影装置中精确复位，再现全息图时，再现理后在原来摄影装置中精确复位，再现全息图时，再现像就重迭在原来物体上，若物体稍有位移或变形，就看像就重迭在原来物体上，若物体稍有位移或变形，就看到干涉条纹。由于这种干涉测量方法是即刻发生的，因到干涉条纹。由于这种干涉测量方法是即刻发生的，因而称为实时全息干涉计量法简

23、称实时法。而称为实时全息干涉计量法简称实时法。25特点特点:1. 只需一次制作全息底片只需一次制作全息底片;2. 方便方便,节省时间节省时间,特别适合透明介质的一些现象特别适合透明介质的一些现象;3. 复位精度要求高复位精度要求高;4. 使用时间短使用时间短,条件要求高条件要求高, 乳胶易收缩变形乳胶易收缩变形,产生附加条纹。产生附加条纹。262. 二次曝光法 二次曝光法全息图的制作和实时法全息图的制作在第二次曝光法全息图的制作和实时法全息图的制作在第一步是完全类似的，只是在第二步二次曝光法拍摄了第一一步是完全类似的，只是在第二步二次曝光法拍摄了第一次未变形物体的全息图后，全息底片并不立刻进行

24、处理，次未变形物体的全息图后，全息底片并不立刻进行处理，而是在原来的位置不动，让加载系统对物体加载使物体变而是在原来的位置不动，让加载系统对物体加载使物体变形，当物体变形到所要观察的状态时、再在同一张全息干形，当物体变形到所要观察的状态时、再在同一张全息干板上对变形后的物体进行第二次曝光记录，然后将干板进板上对变形后的物体进行第二次曝光记录，然后将干板进行处理。行处理。272. 二次曝光法 这样全息干板上就记录了物体在两个状态时的全息图。这样全息干板上就记录了物体在两个状态时的全息图。当用和记录时参考光束入射方向相同的照明光波照明二次当用和记录时参考光束入射方向相同的照明光波照明二次曝光全息图

25、后，再现的原物体光波和变形后的物体光波发曝光全息图后，再现的原物体光波和变形后的物体光波发生干涉，在再现像上会看到由变形或位移引起的干涉条纹。生干涉，在再现像上会看到由变形或位移引起的干涉条纹。原位曝光原位曝光/遮光遮光物体发物体发生变化生变化再次曝光再次曝光显影显影/定影定影显示观察显示观察28 二次曝光法的原理如图所示。二次曝光法的原理如图所示。 (a)为全息图记录过程，物体为全息图记录过程，物体在两种状态下的位置分别为在两种状态下的位置分别为O01和和O02，波阵面分别为，波阵面分别为U01和和U02，在同，在同张底片张底片H上进行二次曝光。获得一张二次曝光的上进行二次曝光。获得一张二次

26、曝光的全息图。全息图。 (b)为再现过程再现像为再现过程再现像O01和和O02之间存在相位关之间存在相位关系，在系，在O01和和O02重合处出现干涉条纹，干涉条纹便记录下重合处出现干涉条纹，干涉条纹便记录下了物体在两个状态下的位移或变形量。了物体在两个状态下的位移或变形量。29 由于二次曝光法的干涉条纹是两个再现光波之间由于二次曝光法的干涉条纹是两个再现光波之间的干涉，故不必考虑物体与全息图的位置精度，的干涉，故不必考虑物体与全息图的位置精度，而且获得的是物体两个状态变化的永久记录。二而且获得的是物体两个状态变化的永久记录。二次曝光法用于研究许多材料的性能参数，如检查次曝光法用于研究许多材料的

27、性能参数，如检查材料内部缺陷，在两个不同时刻材料或物体的变材料内部缺陷，在两个不同时刻材料或物体的变形量等。形量等。30 若采用脉冲激光，二次曝光法可应用于瞬态现象研若采用脉冲激光，二次曝光法可应用于瞬态现象研究究, 如冲击波、高速流体、燃烧过程等。如冲击波、高速流体、燃烧过程等。 另外，二次曝光中干涉条纹往往是由两个因素引起另外，二次曝光中干涉条纹往往是由两个因素引起的，一个因素是两次曝光中间物体状态的变化，另的，一个因素是两次曝光中间物体状态的变化，另一个因素是两次曝光时光波频率的变化。后一种因一个因素是两次曝光时光波频率的变化。后一种因素往往使问题复杂化，有时频率的变化甚至使干涉素往往使

28、问题复杂化，有时频率的变化甚至使干涉条纹消失，所以为保证测量的准确性，要严格控制条纹消失，所以为保证测量的准确性，要严格控制激光器输出光波频率的稳定性。激光器输出光波频率的稳定性。31特点特点：不需要高复位精度；不需要高复位精度；不需要监视变化整个过程；不需要监视变化整个过程；原位完成所有过程，引入误差小；原位完成所有过程，引入误差小；形成干涉条纹主要有变形和激光频率形成干涉条纹主要有变形和激光频率变化引起，变化引起， 应尽量减小激光频率变化。应尽量减小激光频率变化。323. 时间平均法 多次曝光全息干涉测量技术的概念可以推广到连续多次曝光全息干涉测量技术的概念可以推广到连续曝光这一极限情况，

29、结果得到所谓曝光这一极限情况，结果得到所谓“时间平均全息干涉时间平均全息干涉测量技术测量技术”。这种方法常用来研究特殊振动的物体，对。这种方法常用来研究特殊振动的物体，对周期振动物体作一次曝光。当记录的曝光时间远大于物周期振动物体作一次曝光。当记录的曝光时间远大于物体振动周期时，全息图上记录的是振动物体各个状态在体振动周期时，全息图上记录的是振动物体各个状态在这段时间中的平均干涉条纹。这段时间中的平均干涉条纹。 当这些光波又重新再现出来时。它们在空间必然要当这些光波又重新再现出来时。它们在空间必然要相干迭加，由于物体不同点振幅不同而引起的再现波位相干迭加，由于物体不同点振幅不同而引起的再现波位

30、相不同，迭加结果是再现像上必然会呈现和物体的振动相不同，迭加结果是再现像上必然会呈现和物体的振动状态相对应的干涉条纹、亦即产生和振动的振幅相关的状态相对应的干涉条纹、亦即产生和振动的振幅相关的干涉条纹。干涉条纹。33 时间平均法可用非接触方法来获得振动体时间平均法可用非接触方法来获得振动体的振动模，能对整个二维扩散的表面精密的振动模，能对整个二维扩散的表面精密地测出振动的振幅。测量对象以粗糙面较地测出振动的振幅。测量对象以粗糙面较为适宜，同时，可对小至晶体振子大至扩为适宜，同时，可对小至晶体振子大至扩音器、乐器、涡轮机翼等进行振动分析。音器、乐器、涡轮机翼等进行振动分析。34全息干涉测量的特点

31、全息干涉测量的特点项目项目优点优点干涉技术干涉技术简单、光滑表面简单、光滑表面单点或多点测量单点或多点测量全息干涉测量全息干涉测量任意形状、对表面几乎无要求任意形状、对表面几乎无要求三维表面三维表面需要全程检测过程需要全程检测过程 可仅比较起始和终了两个时刻可仅比较起始和终了两个时刻的状态的状态缺点缺点范围大，小于激光范围大，小于激光 范围小，仅几十范围小，仅几十um的相干长度的相干长度全息测量的特点及与传统干涉测量的比较全息测量的特点及与传统干涉测量的比较35363738394041三、全息干涉测量技术的应用三、全息干涉测量技术的应用测量气缸内孔测量气缸内孔(一一)尺寸和形状检测尺寸和形状检

32、测利用激光全息干涉测量技术可对近似相同的形状和利用激光全息干涉测量技术可对近似相同的形状和尺寸进行精密比较，测量精度可达尺寸进行精密比较，测量精度可达0.1-0.5um。42 圆柱内孔的精密测量是机械工程中的重要组成部分，例如圆柱内孔的精密测量是机械工程中的重要组成部分，例如各种活塞、液压泵、波导管等，内孔的指标是圆度和直线各种活塞、液压泵、波导管等，内孔的指标是圆度和直线性。虽然圆度和直线性已有多种方法可以检测，如圆度仪性。虽然圆度和直线性已有多种方法可以检测，如圆度仪等，但直接测量圆度和直线性有一定难度。等，但直接测量圆度和直线性有一定难度。 圆度仪可达圆度仪可达0.1um的测量精度，但测

33、量一个圆柱内孔必须的测量精度，但测量一个圆柱内孔必须测量多个截面的圆度和多条母线的直线性。特别是当圆度测量多个截面的圆度和多条母线的直线性。特别是当圆度和直线性混在一起的时候，同时测量出来更为困难。用全和直线性混在一起的时候，同时测量出来更为困难。用全息干涉方法便可以解决这一难题，图是用全息干涉方法精息干涉方法便可以解决这一难题，图是用全息干涉方法精密测量气缸内孔的光路图。密测量气缸内孔的光路图。L1L2L3L4L1L2L3L1L2L4L3L1L243 平行激光束照射在锥形透镜平行激光束照射在锥形透镜L1上。该透镜一面是平面，上。该透镜一面是平面，一面是锥面，中间有一个孔，内装凹透镜一面是锥面

34、，中间有一个孔，内装凹透镜L2。测量光束通。测量光束通过锥形透镜过锥形透镜Ll后发散，以掠入射的方式照射到内孔壁上形后发散，以掠入射的方式照射到内孔壁上形成一次反射。由于光束与气缸内壁的夹角很小，即使相当成一次反射。由于光束与气缸内壁的夹角很小，即使相当粗糙的表面仍能形成镜面反射。出射的测量光束经过透镜粗糙的表面仍能形成镜面反射。出射的测量光束经过透镜L3和和L4使光束成圆环式照射到全息底片使光束成圆环式照射到全息底片H上。上。L4L3L1L244 参考光束取自激光束的中心区，该部分光束经透镜参考光束取自激光束的中心区，该部分光束经透镜L2后发后发散，直接穿过内孔并由透镜散，直接穿过内孔并由透

35、镜L3聚焦，最后经聚焦，最后经L4发散地照射发散地照射到全息底片上，与测量光束发生干涉。屏到全息底片上，与测量光束发生干涉。屏S1内有一窄环，内有一窄环，只能让镜面反射光通过，而挡住杂散光。检测时先用合格只能让镜面反射光通过，而挡住杂散光。检测时先用合格的圆孔做一张全息图作为标准，然后复位到底片架原来的的圆孔做一张全息图作为标准，然后复位到底片架原来的位置上，在屏幕上观察是否有干涉条纹，没有干涉条纹说位置上，在屏幕上观察是否有干涉条纹，没有干涉条纹说明复位正确。明复位正确。L4L3L1L2454.测量发动机活塞的热变形测量发动机活塞的热变形透镜透镜L Ll l和和L L2 2组成准直组成准直系

36、统，把细的激光系统，把细的激光束扩展成大孔径的平束扩展成大孔径的平行光束。分光器行光束。分光器B B把把这个光束的这个光束的部分投部分投向活塞，经活塞表面向活塞，经活塞表面漫反射后，返回并穿漫反射后，返回并穿过过B B，由视场透镜，由视场透镜L L3 3投射到全息底片投射到全息底片H H上，上，这是物光。这是物光。 为正确地确定汽缸活塞的设计尺寸，提高发动机的效率，为正确地确定汽缸活塞的设计尺寸，提高发动机的效率，必须知道活塞受热后变形的情况。图是全息干涉测量活塞热变必须知道活塞受热后变形的情况。图是全息干涉测量活塞热变形的光路图。形的光路图。46 穿过分束器穿过分束器B B的的另一束光经反射

37、镜另一束光经反射镜M M2 2反射到底片上，这是反射到底片上，这是参考光。物光和参考参考光。物光和参考光的光程差尽量要小，光的光程差尽量要小，在实际应用中，它小在实际应用中，它小于于10cm10cm。在底片。在底片H H上，上，物光和参考光的光强物光和参考光的光强比为比为8:18:1。在这个比。在这个比例下，通过视场透镜例下，通过视场透镜L L4 4在观察屏在观察屏E E上二次上二次曝光法和实时法都能曝光法和实时法都能观察到清晰的干涉条观察到清晰的干涉条纹。纹。47 利用被测件在承载或应力下表面微小变化的信息，就可利用被测件在承载或应力下表面微小变化的信息，就可以判定被测件某些参量的变化，发现

38、缺陷部位。以判定被测件某些参量的变化，发现缺陷部位。 图是用全息干涉法检测复合材料两表面的光路图。复合图是用全息干涉法检测复合材料两表面的光路图。复合材料是用特殊纤维树脂材料材料是用特殊纤维树脂材料(硼素或碳素复合硼素或碳素复合)或特殊金属或特殊金属胶片纤维粘接而成的，对发展燃汽轮机、航空发动机具有胶片纤维粘接而成的，对发展燃汽轮机、航空发动机具有重要意义。检测复合材料内部的脱胶状态是十分关键的。重要意义。检测复合材料内部的脱胶状态是十分关键的。 在图中，当叶片两面在某在图中，当叶片两面在某些区域中存在不同振型的些区域中存在不同振型的干涉条纹时，表示这个区干涉条纹时，表示这个区域的结构已遭到破坏；如域的结构已遭到破坏；如果振幅本身还有差别，则果振幅本身还有差别，则表示这是可疑区域，表明表示这是可疑区域，表明这个复合材料结构是不可这个复合材料结构是不可靠的。靠的。(二) 缺陷检测48 用全息干