7、微组件面内位移和应变测量的光栅干涉技术

微组件面内位移和应变测量的光栅干涉技术

1. 引言

在实验力学中，许多问题需要对微小元素或大型试样的微区域进行测量。比如微纳光机电系统（MEMS/MOEMS）组件测试、电子封装热应力分析、断裂力学中裂纹尖端分析等。处理这些问题的实验技术需满足在小于1mm的视场中高分辨率测定面内u和v位移图、能在不稳定环境下测量、自动分析实验数据以及结果与数值方法（如有限元法）所需数据兼容等要求。

光栅（莫尔）干涉测量法是满足这些要求的常用光学方法之一，它能实现实时全场映射，具有亚微米灵敏度和高干涉条纹对比度。近年来，出现了多种适用于微测量的光栅干涉仪，很多基于在波导（玻璃块）中导光的概念，使系统易于调节，还能在样品和干涉仪头之间使用浸没技术。这些干涉仪期望具备对环境变化（尤其是振动）低灵敏度、便携和低成本等工程特性。

2. 光栅干涉测量原理

高灵敏度光栅干涉测量（GI）采用共轭波前的原理如图所示。两束相互相干的照明光束ΣA和ΣB以与反射型试样光栅（SG）的正一级和负一级衍射角匹配的角度入射到SG上。ΣA的 +1 级衍射光和ΣB的 -1 级衍射光沿光栅法线同轴传播，其波前ΣA′和ΣB′不再共面。

在与SG光学共轭的探测器平面D上，振幅可描述为：
[
E_{A}^{+}(x,y) \approx \exp\left{i\left[\frac{2\pi}{p}u(x,y) + \frac{2\pi}{\lambda}w(x,y)\right]\right}
]
[
E_{B}^{-}(x,y) \approx \exp\left{i\left[-\frac{2\pi}{p}u(x,y) - \frac{2\p