激光干涉测长word版

1、MlMj()(b)yZzi71/(0二、几种典型的布局1使川角锥棱镜反射器的干涉系统。（1）图a）结构的主要特点是反射光束不能反馈回激光器。缺点迅这轴成对使用的加锥棱镜要求配対加丁，而且加工精度要求緘2图（b）结构只用一个处推棱镜作可动镜，镜M（和Mj还 能做成一体.如图（C）所示.（3）图d）的布局只川一个知Iff梭镜作幼镜已基木上不受鏡屎多余口由度的诡响，而且光粽増加一借-所以也叫做双光 程干涉仪系统。五.反射器备种反射器如阁所示.仃平佃反射镜I、fi角棱镜2、角锥棱镣3、三种猫眼系统4和周定反射镜与直角棱镜的组合5各种反射器辺克余逊干涉仪的工作原理原理：激光器发出的激光束到达半透半反射镜

2、聒被分成两束，当两束 光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强形成亮条纹；当 两束光的光程相差半波长的奇数倍时，它们相互抵消形成暗条纹。NVj=ij=i因此，嚟光東昉向上毎移动半波长的长度，光東新光程就改变了一 个波长，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。这个变化由光电转换装置转变成一个电信号而被光电计数器计数，并 由显示和记录装置加以显示和记录。我们只要记下曜动时干涉条纹变 化的周期数嗽可以得到被测长度即巒动的距离)。L=yV-2被测长度la过运算和显示电路宜接显示出来SL AN Ax Ai Ax k n = IVA L A干步仪的分光晟件和反射器件迈克尔逊干涉仪是激光干涉测长系统

3、的核心部分，其分光器件、反射器 件和总体布局有若干可能的选择。干涉仪的分光器件原理：可以分为分波阵面祛、分振幅祛和分偏振法。分振幅平行平板分光器和立方棱镜分光器偏振分光器：参见图的助以及由晶轴正交的偏光棱镇组成如沃 拉斯顿棱镜。干涉仪中常用的反射器件：平面反射器、角锥棱镜反射器(图、 直角棱镜反射器(图6-2D、猫眼反射器(图6-20(a)角雜核反财謝入 正入射一(0 反射(b) ft角檢反射6干莎仪的典型光路布局和移相赛激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路布局期角佬梭光牘x（C）双光丹光踣yIz0）单和傕光M 图63麵製光路布局12移相器也是干涉仪测量系统的重要组成部分。常用的

4、移相方法有机械移相、翼形板移相.金属 膜移相和偏振袪移相。作用：提高仪器的分辨力,对干涉条纹进行细分。M.M,/6O7图64机械法移阳总理罔判向计数原理植图干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差兀如干涉条纹的光强 信号，该信号经放大，整形，倒向及微分等处理,可以获得四个 相位依次相差兀如脉冲信号（图T O实现干涉条纹的四倍 频记数。相应的测量方程变为2 = N-8l-sin可可建计11放大形I cos, 光电樓收I放大g形卫亙I一匝画2 .建 卜心|ft倒相I I徹分电賂I -器K甲fd分电_6.1.3激光外差干莎测长技术宜流干涉仪：前置放大器为直流放大器。动镜从静止i运动-静止; 干涉条纹变化

5、频率从0-最大值fQ光强转化的直流信号的频率变 化范围也从硏始，需用直流放大器。缺点：外界环境干扰能力差，只能在恒温防条件下使用。外差干涉仪：在干涉仪的信号中引入一定频率的载波，使被测信号通 过这一波来传递，涉仪能够采用交流放大，隔绝外界环境干扰這成的直流电平漂移。载波信号产生方袪：便参与干涉的两東光产牛一个频車差.这样的两 束光干涉会产生耀光学拍.现魚，转化为电借号得到差频信号。（光外差干涉）。lU5735106.1.4光干涉测长应用举例ru0激光测角的原理与小角度干涉仪类似，都是采用三角正弦原理。如图& 7所示。被测的转角为：2R05曲鴻R图67激光測角总理尔您图1： *1分光棱iftft

6、l； 2:角惟棱镜hh 3. 3:楡偏豁4.4:光电接收瀛5,5:放人線6：倍歿和i|数匸：7:讣知机玖频激光外差干莎仪其中氮氛激光器上沿轴向施加以磁场，山于塞曼效应激光被分裂成有 一定频率差的左旋偏振光A和右旋偏振光A13测trt反射镇运动产生的多普勒频移可以表示为的产乎晋 测诫镜的位移1|冋由卜式计算11 = udf = jyMM =彳zdf = N6.1.4激光干莎测长应用举列(2)图68双题激池干涉仪测fl空折射*1：俄抵分光桜楼，2：分光躺3: %波小4:貞空毓5: Wrin： 6 角维陵7：检僧8：光地接收器；9：补偿环激光测气体折射率：占3“门”中去,方向判别电务的瓯理。先在于涉

7、系统中应川移郴方法(详见后述) 将T涉条纹分为两组且彼此位柑偏移衣2,分别经光屯转换后，输出 的购纽光电信兮也彼此订皿2的位移偏移.这两纟fl光电信号分别经放 大、整形、倒相，变成阿个位柑依次差2的矩形冲，押经斯密特 电路吧波形变换成火脉冲。当工作台正向移动时，脉冲的ffl列为1、 3、2、4、1 :反向移动时.脉冲it列次序为I、4, 2、3、1.如 阳妙示。在逻樹电路上可根据脉冲I的后i用悬I或4来判别正向加脉冲 或反向减脉冲.并分別逆入加脉冲的“门”或减脉冲的 从血可得到总的加脉冲或减脉冲信号IK1快niarx1 f尢电ifBtt；AJ at邢；00I11r卜：i克尔逊干涉仪在T涉过程中

8、，如果两朿光的光程差是光蛀的整数倍W, 1, 2).在光检测器上得 到的是相长的干涉信号：如果光程差是半波长的奇数倍(0.5, 1.5, 2.5)，在光检测器 上得到的是相消的干涉信号。当两面平面镜严格垂宜时为等倾T涉,其干涉光可以在屏幕 上接收为圆环形的等倾条纹：而当两面平而镜不严格垂直时是等耳丁涉,可以得到以等厚 交线为中心对称的直等厚条纹。在光波的T涉中能量被重新分布，相消干涉位置的光能量被 转務到相长干涉的位置，而总能量总保持守恒。19世纪束人们通过使用气体放电管、滤色镜、狭缝或针孔成功得到了迈克耳孙干涉仪的丁涉条纹，而在一个版本的迈克耳孙-莫 霜实脸中采用的光源是星光。星光不具有时间

9、相性,但由于其从同一个点光源发出而具 有足够好的空间相干性，从而可以作为迈克耳孙T涉仪的有效光源。激光切割 激光笔3wOBUtt CACM双频激光干涉仪马赫秦特干涉仪的光路图VWWW. n1 nhi旦也net马赫-曾徳尔干涉仪“*pva索菲丁涉仪1.仪器构造简介实验室中最常用的迈克耳逊涉仪，耳原理图和结构图如图1和图2所示。血和底是在相 互垂直的图2mnb两臂上放置的两个平面反射镜，其背而齐有三个调节螺旋，用来调节镜而的方位；也是固定 的，轴由精密丝杆控制，可沿臂轴前后移动，其移动距离由转盘读出。仪器前方粗动手轮分 度值为l（nm,右侧微动手轮的分度值为lO-mm,可估读至ICAnm,两个读数

10、手轮属于蜗轮蜗 杆传动系统。在两臂轴相交处，有一与两臂轴成45。的平行平面玻璃板P，且在P的第二 平而上镀以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射光2,故 P板又称为分光板。現也是一平行平面玻璃板，与P平行放置，厚度和折射率均与P相同。 由于它补偿了 1与2之间附加的光程差，故称为补偿板。从扩展光源S射来的光，到达分光板匕后被分成两部分。反射光1在玖处反射后向着孔 前进；透射光2透过匕后向着如前进。这两列光波分别在L、M：上反射后沿着各自的入射方 向返回，最后都到达处。既然这两列光波来自光源上同一点0，因而是相干光，在区处的 观察者能看到千涉图样。由于从區返回的光线在分

11、光板已的第二面上反射，使地在见附近形成一平行于见的虚 像因而光在迈克耳逊干涉仪中自血和见的反射，相当于自和的反射。由此可见， 在迈克耳逊干涉仪中所产生的干涉与厚度为的空气膜所产生的干涉是等效的。2.实脸原理当血和贮严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为Y的入射光朿，由和 反射光线的光程差A均为(1)式中2为光线在L镜而的入射角，为空气薄膜的厚度，它们将处于同一级干涉条纹，并左 位于无限远。这时，在图1中的处，放一会聚透镜，在其焦平面上(或用眼在处正对P 观察)，便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。这些条纹的特点是：干涉条纹的级次以中心为最高。在干涉纹中心，因由圆纹中心出现亮点的条件(2)得圆心处涉条纹的级次(3)当弘和W .的间距d逐渐增大时，对于任一级干涉条纹,例如第k级，必定以以其的值来满足，故该干涉条纹向变大(变小)的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出，且每当间距d增加 时，就有 一个条纹涌出。反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中 心，且毎陷入一个条纹，间距的改变亦为因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平而镜乩以波长X为单位的移动距离。 显然，若有八个条纹从中心涌