光電測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告（精編版）

1、一、干涉的基本原理光電測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告干涉現(xiàn)象是波動(dòng)獨(dú)有的特征，如果光真的是一種波，就必然會(huì)觀察到光的干涉現(xiàn)象1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊(1773 1829) 在實(shí)驗(yàn)室里成功地觀察到了光的干涉兩列或幾列光波在空間相遇時(shí)相互疊加，在某些區(qū)域始終加強(qiáng)，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分 布的現(xiàn)象。由一般光源獲得一組相干光波的辦法是，借助于一定的光學(xué)裝置（干涉裝置）將一個(gè)光源發(fā)出的光波（源波）分為若干個(gè)波。由于這些波來(lái)自同一源波，所以，當(dāng)源波的初位相改變時(shí)，各成員波的初位相都隨之作相同的改變，從而它們之間的位相差保持不變。同時(shí)，各成員波的偏振方向亦與源波一致，因而在考察點(diǎn)它們

2、的偏振方向也大體相同。一般的干涉裝置又可使各成員波的振幅不太懸殊。于是，當(dāng)光源發(fā)出單一頻率的光時(shí)，上述四個(gè)條件皆能滿足，從而出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。當(dāng)光源發(fā)出許多頻率成分時(shí)，每一單頻成分（對(duì)應(yīng)于一定的顏色）會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的一組條紋，這些條紋交疊起來(lái)就呈現(xiàn)彩色條紋。1、劈尖的等厚干涉測(cè)細(xì)絲直徑?設(shè)入射光波為，則第m級(jí)暗紋處空氣劈尖的厚度由上式可知， m=0時(shí)， d=0，即在兩玻璃片交線處，為零級(jí)暗條紋。如果在細(xì)絲處呈現(xiàn)m=n級(jí)條紋，則待測(cè)細(xì)絲直徑2、利用干涉條紋檢驗(yàn)光學(xué)表面面形?檢查光學(xué)平面的方法通常是將光學(xué)樣板（平面平晶）放在被測(cè)平面之上，在樣板的標(biāo)準(zhǔn)平面與待測(cè)平面之間形成一個(gè)空氣薄膜。當(dāng)單色光垂直照射時(shí)，

3、通過(guò)觀測(cè)空氣膜上的等厚干涉條紋即可判斷被測(cè)光學(xué)表面的面形。?（ 1） ?待測(cè)表面是平面（2）?待測(cè)表面呈微凸球面或微凹球面?當(dāng)手指向下按時(shí)，空氣膜變薄，各級(jí)干涉條紋要發(fā)生移動(dòng)，以滿足式（2）， 3式中為入射光的波長(zhǎng)，是空氣層厚度，空氣折射率n 1? 。當(dāng)程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)為暗環(huán)，若第m個(gè)暗環(huán)處的空氣層厚度為m?，則有： r，即，可得：式中是第 m個(gè)暗環(huán)的半徑。由式（ 2）和式（ 3）可得：可見(jiàn)，我們?nèi)魷y(cè)得第m個(gè)暗環(huán)的半徑便可由已知求r，或者由已知r 求了。但是，由于玻璃接觸處受壓，引起局部的彈性形變，使透鏡凸面與平面玻璃不可能很理想的只以一個(gè)點(diǎn)相接觸，所以圓心位置很難確定，環(huán)的半徑也就不易

4、測(cè)準(zhǔn)。同時(shí)因玻璃表面的不潔凈所引入的附加程差，使實(shí)驗(yàn)中看到的干涉級(jí)數(shù)并不代表真正的干涉級(jí)數(shù)m。為此，我們將式（ 4）作一變換，將式中半徑換成直徑，則有：對(duì)第 m+n個(gè)暗環(huán)有將（ 5）和（ 6）兩式相減，再展開(kāi)整理后有可見(jiàn)，如果我們測(cè)得第m 個(gè)暗環(huán)及第（ m+n）個(gè)暗環(huán)的直徑、，就可由式（7）計(jì)算透鏡的曲率半徑 r。?經(jīng)過(guò)上述的公式變換，避開(kāi)了難測(cè)的量和m，從而提高了測(cè)量的精度，這是物理實(shí)驗(yàn)中常采用的方法。二、干涉法測(cè)微小量的原理與干涉儀繪制草圖1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用干涉法測(cè)微小形變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)儀器： he-ne激光器、共焦球面干涉儀、壓電陶瓷、探測(cè)器、示波器、電源、鋸齒波發(fā)生器。2、實(shí)驗(yàn)原理：（1）、

5、共焦球面干涉儀示意圖：共焦球面干涉儀是一個(gè)無(wú)源腔，由兩塊球形凹面反射鏡構(gòu)成兩面鏡子的曲率半徑和腔長(zhǎng)相等（r1=r2=l），鏡面 1 固定不動(dòng)，鏡面2 固定在可隨外電壓變化而變化的壓電陶瓷上。光在腔內(nèi)每走一個(gè)周期都會(huì)有部分光從鏡面透射出去為光線1，另一部分則反射4 次出射， 為光線 2；光線 1 與光線 2 滿足干涉條件，當(dāng)其光程差 d 滿足條件： d=m時(shí)，干涉相長(zhǎng)示波器出現(xiàn)峰值，隨著壓電陶瓷隨電壓的變化，腔長(zhǎng)變化， d 也隨之變化。當(dāng) d=（m±1）時(shí)，再次干涉相長(zhǎng)，示波器上出現(xiàn)相應(yīng)的峰值。3、實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 、打開(kāi) he-ne 激光器，調(diào)整光路和壓電陶瓷方向，使得光路準(zhǔn)直，（若

6、沒(méi)調(diào)整好，在共焦球面干涉儀后方會(huì)出項(xiàng)兩個(gè)光斑，光線1 和光線 2 并不產(chǎn)生干涉）。（2） 、將探頭和鋸齒波發(fā)生器分別接入示波器的兩個(gè)通道，打開(kāi)激光器和鋸齒波發(fā)生器的電源。（3） 、觀察示波器上波形。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：5、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：本實(shí)驗(yàn)是干涉法測(cè)微小形變的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，故無(wú)需計(jì)算；壓電陶瓷的微小形變影響到共焦球面干涉儀的腔長(zhǎng)，從而影響到光線1 和光線 2 的光程差 d，進(jìn)一步反應(yīng)到示波器的波形顯示上。該測(cè)量方法得到驗(yàn)證。三、auto cad圖探頭主體探頭后蓋底座螺 釘 電路圖電源外殼四、zemax的繪制：擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)五、實(shí)驗(yàn)回顧及總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)和以往的實(shí)驗(yàn)不同，以往更多的是的老師設(shè)計(jì)好，安排每一節(jié)課的內(nèi)容讓我們照著做，而這次更多的