非接触式光学检测原理介绍
非接触式光学检测原理介绍
光学测量技术是现代工业和科学研究中不可或缺的重要工具。根据测量方式的不同，光学测量可以分为接触式和非接触式两大类。接触式测量由于需要直接接触被测物体表面，因此对于表面有特殊要求的物体并不适用，且测量精度会受到表面粗糙度的影响，同时测量仪器也容易磨损导致测量不准确。相比之下，非接触式测量方法得到了极大的发展，其主要原理是基于光学方法，能够实现纳米级别的测量精度。
非接触式测量原理
非接触式测量主要采用迈克尔逊干涉仪和格林干涉仪两种方法。这两种方法都是通过利用同频率同相位的参考光和测量光相互干涉来获取干涉条纹。具体来说，参考光由干涉仪发出后经分光片照射到标准量具表面并返回，而测量光则照射到待检测物体表面后返回干涉仪。两束光在干涉仪内部发生干涉形成干涉条纹，通过解析计算这些干涉条纹，可以得到物体表面的粗糙度和精度。
尽管干涉仪测量方法具有高精度的特点，但其设备复杂、体积庞大、使用成本高且操作复杂，需要标准测量器具，并且可测量的物体表面形式较为单一。
另一种非接触式测量方法
近年来，利用液晶空间光调制器（LSM）的非接触式测量方法得到了广泛应用。这种方法通过在LSM上加载相位型全息图，可以由计算机生成任意光学表面，从而替代传统的参考光光路。与干涉仪相比，LSM测量方法不需要标准测量器具，理论上精度可以达到纳米级别。具体来说，干涉仪发出的参考光照射到LSM表面后经过调制（改变光的相位分布和角度），然后与从待检测物体表面返回的测量光在干涉仪内部发生干涉，形成干涉条纹。这些干涉条纹被转换为数字信号保存下来，通过分析干涉条纹（包括相位解包裹）并借助现成的分析软件，可以计算出待检测表面的粗糙度。
液晶空间光调制器LSM的光路
LSM的光路主要包括以下几个关键组件：干涉仪发出的光依次经过偏振片、激光扩束器和激光准直器后到达LSM表面。LSM表面加载的位相型全息图只改变光的相位而不改变光的强度，因此可以通过加载不同的位相型全息图来获得不同的参考光波前。这种调制过程完全由计算机控制，非常适合于测量非球面等不规则表面。
液晶空间光调制器是一种关键的光学器件，能够改变光束的振幅、相位、偏振等特性。其工作原理是利用液晶作为调制介质，当液晶受到外部电场的作用时，其分子排列会发生改变，从而改变液晶的折射率。这种折射率的改变使得光束通过液晶时发生相应的变化，从而实现调制。
液晶空间光调制器在激光光束整形、自适应光学和全息测量等领域具有重要的应用前景。例如，它可以通过补偿激光增益不均匀引起的空间光束不均匀性，来提高激光近场光束的质量。此外，液晶空间光调制器具有效率高、能耗低、速度快等优点，且基于电寻址的空间光调制器还具有体积小、抗干扰能力强等特点。
空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射式和透射式；而按照输入控制信号的方式不同又可分为光寻址(OA-SLM)和电寻址(EA-SLM)。最常见的空间光调制器是液晶光阀（LCLV）。其原理如图所示。
液晶光阀利用光－光直接转换，效率高、能耗低、速度快、质量好。可广泛应用到光计算、模式识别、信息处理、显示等领域，具有广阔的应用前景。空间光调制器是实时光学信息处理，自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件。在很大程度上，空间光调制器的性能决定了这些领域的实用价值和发展前景。
主要应用包括：
- 成像&投影
- 光束分束
- 激光束整形
- 相干波前调制
- 相位调制
- 光学镊子
- 全息投影
- 激光脉冲整形
基于 SLM 的全息显示技术可以实现将被记录物体数字化，通过模拟计算物光传播过程 的方式来得到全息图，其不受物体客观存在形式的约束，不但可以再现真实物体，而且也可以再现不存在的虚拟物体。利用 SLM 的相位调制特性，通过 MS-SW-SLM 控制软件加载或 者计算全息算法图到 SLM 上，能实现单色全息成像或者彩色全息成像。目前，基于 SLM 的 全息显示技术已经在近眼显示、投影显示等多个领域得到了应用。