激光干涉測(cè)長(zhǎng)

1、二、幾種典型的布局I.使川角餡梭鏡反射器的干預(yù)系統(tǒng)。(1)圖(a)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是反射光束不能反應(yīng)回激光器 缺點(diǎn)總這種成對(duì)使用的角推棱鏡要求甩對(duì)加工,而H加工精度契 求髙O圖(b)結(jié)構(gòu)只用一個(gè)角推棱鏡作可動(dòng)鏡,慨M|和M：還 能做成一體,如圖(c)所示.(3)陽(yáng)(d)的布局只用一個(gè)角惟棱鏡作動(dòng)如 已毎木上不 受錢座多余自由度的影響，而且光柑增加一借.所以也叫做雙光 程干預(yù)儀系統(tǒng)°五、反射器各種反射器如圖所不，有平面反射鏡I、直處棱鏡2、角錐梭i ： 3、 種貓眼系統(tǒng)4和固定反射鏡與肯角棱鏡的組今5。各種反射黯鳥兒耳外上級(jí)儀年M,町移動(dòng)半臺(tái)單樓梅規(guī)杞2徹光爲(wèi)16-1徹光干預(yù)測(cè)長(zhǎng)儀的順理

2、圖光束I昇辺克余遜干預(yù)儀的工作斥理原理：激光器發(fā)出的激光束到達(dá)半透半反射鏡聒被分成兩束，當(dāng)兩束 光的光程相差激光半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，它們相互加強(qiáng)形成亮條紋；當(dāng) 兩束光的光程相差半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，它們相互抵消形成暗條紋。i=IJ=1因此，M沿光束昉向上毎移動(dòng)半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，光束新光程就改變了一 個(gè)波長(zhǎng)，于是干預(yù)條紋就產(chǎn)生一個(gè)周期的明、暗變化。這個(gè)變化由光電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變成一個(gè)電信號(hào)而被光電計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并 由顯示和記錄裝置加以顯示和記錄。我們只要記下醪動(dòng)時(shí)干預(yù)條紋變 化的周期數(shù)蹴可以得到被測(cè)長(zhǎng)度即醪動(dòng)的距離。L = N2被測(cè)長(zhǎng)度Iifi過運(yùn)算和顯示電路直接顯示出來AL A/V Z M dx =4- n

3、=LMZL A干預(yù)儀的分光費(fèi)件和反射發(fā)件邁克爾遜干預(yù)儀是激光干預(yù)測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)的核心局部，其分光器件、反射器 件和總體布局有假設(shè)干可能的選擇。干預(yù)儀的分光器件原理：可以分為分波陣面法、分振幅法和分偏振法。 分振幅平行平板分光器和立方棱鏡分光器偏振分光器：參見圖&沖的助以及由晶軸正交的偏光棱鏡組成如沃 拉斯頓棱鏡。干預(yù)儀中常用的反射器件：平面反射器、角錐棱鏡反射器圖xa、直角棱鏡反射器圖2卩貓眼反射器圖6-2。干步儀的典型光珞布局和移相賽激光干預(yù)儀的典型光路布局有使用角錐棱鏡反射器的光路布局憐63曲舉光路布局<o a光和光at移柏器也是干預(yù)儀測(cè)量系統(tǒng)的重要組成局部。常用的移相方法有機(jī)械移

4、相、翼形板移相、金屬 膜移相和偏振法移相。-作用：提高儀器的分辨力,對(duì)干預(yù)條紋進(jìn)行細(xì)分。判向計(jì)數(shù)原理桓圖干預(yù)條紋計(jì)數(shù)時(shí)，通過移相獲得兩路相差兀 仙干預(yù)條紋的光強(qiáng) 信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大，整形，倒向及微分等處理,可以獲得四個(gè) 相位依次相差兀 仙脈沖信號(hào)圖 T。實(shí)現(xiàn)干預(yù)條紋的四倍頻記數(shù)。相應(yīng)的測(cè)量方程變?yōu)長(zhǎng) = N-8尢電接枚器光電接收器卜"切分電踣11 * hsinrwi t懂分電踣I -r5Fi惟另電踣-嘲懂分電踣LIS6-5刈向il數(shù)總理柜圖ti6.1.3 光外蓋干預(yù)測(cè)長(zhǎng)技術(shù)直流干預(yù)儀：前置放大器為直流放大器。動(dòng)鏡從靜止-運(yùn)動(dòng)-靜止； 干預(yù)條紋變化頻率從o-垠大值Q光強(qiáng)轉(zhuǎn)化的直流信號(hào)的

5、頻率變 化范圍也從軒始，需用宜流放大器。缺點(diǎn)：外界環(huán)境干擾能力差，只能在恒溫防震條件下使用。外差干預(yù)儀：在干預(yù)儀的信號(hào)中引入一定頻率的載波，使被測(cè)信號(hào)通 過這一裁波來傳遞，涉儀能夠采用交流放大.隔絕外界環(huán)境干擾造 成的直流電平漂移。載波信號(hào)產(chǎn)生方袪：使參與干預(yù)的兩束光產(chǎn)牛一個(gè)頻率熱這樣的兩 束光干預(yù)會(huì)產(chǎn)生1光學(xué)拍.現(xiàn)軟，轉(zhuǎn)化為電借號(hào)得到差頻倍號(hào)。光 外差干預(yù)。玖頻激光外差干談儀其中氮氛激光器上沿軸向施加以磁場(chǎng)，山于塞曼效應(yīng)激光被分裂成有 一定頻率差的左旋備振光/；和右旋偏振旳2圖6-6雙須激光I抄儀尤路圖測(cè)帚反射鏡運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒狽移可以表示為a=7v=7 測(cè)量鏡的位移量可由下式計(jì)算L = b

6、dt =y JlvtZf6工4激光干步測(cè)長(zhǎng)應(yīng)用舉例(2)激光測(cè)氣財(cái)謝率：7心1：倔抿分光技血，2:分龍湍3:曲片，4:貞空宜'5:抽代口，6 角It梭址：7：8:光電接松ft： 9：補(bǔ)償環(huán)6Znzp3/FH2n m方向判別也踣的匝理.先在干預(yù)系統(tǒng)屮應(yīng)用移相方法I詳見后述 將T涉條紋分為兩蚩且帔此位相偏第ML分別經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后.輸出 的購(gòu)組光電佑兮也彼此有“的妝移偏禹 這兩紐光電倍號(hào)分別經(jīng)放 心 整形;冊(cè) 變成四個(gè)位和儂次著E的矩形脈沖.沖經(jīng)斯密特 電略把菠形變換成尖味沖.當(dāng)工作臺(tái)正向移動(dòng)時(shí)脈沖的扌II列為4 3. 2. 4v I :反向移動(dòng)時(shí).脈沖排列次序?yàn)?、4 2. 3> 1

7、.如 圖所示°在邏輯電路上可根據(jù)脈沖I的后面是1或4來判別正向加脈沖 或反向屁脈沖亦份別逆入加脈沖的wn"或減麻沖的竹丁.中岳 從血可衍到總的加瞅沖或誡味沖仁號(hào)在干預(yù)過程中，如果兩束光的光程差是光波長(zhǎng)的整數(shù)倍到的是相長(zhǎng)的干預(yù)信號(hào)；如果光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍 上得到的是相消的干預(yù)信號(hào)。當(dāng)兩面平面鏡嚴(yán)格垂直時(shí)為0，1, 2，在光檢測(cè)器上得 0.5 , 1.5, 2.5，在光檢測(cè)器 等傾干預(yù)，其干預(yù)光可以在屏幕等厚干預(yù)，可以得到以等厚上接收為圓環(huán)形的等傾條紋；而當(dāng)兩面平面鏡不嚴(yán)格垂直時(shí)是交線為中心對(duì)稱的直等厚條紋。 在光波的干預(yù)中能量被重新分布，相消干預(yù)位置的光能量被轉(zhuǎn)移到相長(zhǎng)干

8、預(yù)的位置，而總能量總保持守恒。19世紀(jì)末人們通過使用氣體放電管、濾色鏡、狹縫或針孔成功得到了邁克耳孫干預(yù)儀的干預(yù)條紋，而在一個(gè)版本的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)中采用的光源是星光。星光不具有時(shí)間相干性，但由于其從同一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出而具有足夠好的空間相干性，從而可以作為邁克耳孫干預(yù)儀的有效光源。激光切割激光筆雙頻激光干預(yù)儀馬赫-秦棒干澇儀的光路圖馬赫-曾德爾干預(yù)儀索菲干預(yù)儀1.儀器構(gòu)造簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)室中最常用的邁克耳遜干預(yù)儀，其原理圖和結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示。Mi和M2是在相互垂直的圖1圖2兩臂上放置的兩個(gè)平面反射鏡，其反面各有三個(gè)調(diào)節(jié)螺旋，用來調(diào)節(jié)鏡面的方位；M 2是固定的，Mi由精密絲桿控制，可沿臂軸前后移動(dòng)

9、，其移動(dòng)距離由轉(zhuǎn)盤讀出。儀器前方粗動(dòng)手-2 -4 -5輪分度值為10 mm ,右側(cè)微動(dòng)手輪的分度值為 10 mm，可估讀至10 mm,兩個(gè)讀數(shù)手輪屬 于蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)。在兩臂軸相交處，有一與兩臂軸各成 450 的平行平面玻璃板 Pi,且在 P的第二平面上鍍以半透半反射膜，以便將入射光分成振幅近乎相等的反射光1和透射光2，故R板又稱為分光板。P2也是一平行平面玻璃板，與 P1平行放置，厚度和折射率均與 P相同。由于它補(bǔ)償了 1與2之間附加的光程差，故稱為補(bǔ)償板。從擴(kuò)展光源 S射來的光，到達(dá)分光板P1后被分成兩局部。反射光 1在P1處反射后向著M1前進(jìn)；透射光2透過P1后向著M2前進(jìn)。這兩列光波

10、分別在 M1、M2上反射后沿著各自的入 射方向返回，最后都到達(dá) E處。既然這兩列光波來自光源上同一點(diǎn)0，因而是相干光，在 E處的觀察者能看到干預(yù)圖樣。由于從M2返回的光線在分光板 P1的第二面上反射，使M2在M1附近形成一平行于 M1的 虛像M?2，因而光在邁克耳遜干預(yù)儀中自M1和M2的反射，相當(dāng)于自 M1和M?2的反射。由此可見，在邁克耳遜干預(yù)儀中所產(chǎn)生的干預(yù)與厚度為 d 的空氣膜所產(chǎn)生的干預(yù)是等效的。 2實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)Mi和M?2嚴(yán)格平行時(shí)，所得的干預(yù)為等傾干預(yù)。所有傾角為i的入射光束，由 Mi和M?2反射光線的光程差 均為i式中i為光線在Mi鏡面的入射角，d為空氣薄膜的厚度， 它們將處于同一

11、級(jí)干預(yù)條紋， 并定 位于無(wú)限遠(yuǎn)。這時(shí)，在圖1中的E處，放一會(huì)聚透鏡，在其焦平面上或用眼在 E處正對(duì)Pi 觀察，便可觀察到一組明暗相間的同心圓紋。這些條紋的特點(diǎn)是：干預(yù)條紋的級(jí)次以中心為最高。在干預(yù)紋中心，因i=0，由圓紋中心出現(xiàn)亮點(diǎn)的條件 2 得圓心處干預(yù)條紋的級(jí)次 3 當(dāng)Mi和M' 2的間距d逐漸增大時(shí)，對(duì)于任一級(jí)干預(yù)條紋，例如第k級(jí)，必定以以其的值來滿足，故該干預(yù)條紋向 變大變小的方向移動(dòng)，即向外擴(kuò)展。這時(shí)，觀察者將看到條紋好似從中心向外“涌出，且每當(dāng)間距d 增加 時(shí)，就有一個(gè)條紋涌出。 反之， 當(dāng)間距由大逐漸變小時(shí)， 最靠近中心的條紋將一個(gè)一個(gè)地“陷入中 心，且每陷入一個(gè)條紋，間距的改變亦為。因此，只要數(shù)出涌出或陷入的條紋數(shù)， 即可得到平面鏡 Mi以波長(zhǎng)入為單位的移動(dòng)距離。