光電測量系統(tǒng)設(shè)計報告

光電測量系統(tǒng)設(shè)計報告

一、干涉的基本原理干涉現(xiàn)象是波動獨有的特征，如果光真的是一種波，就必然會觀察到光的干涉現(xiàn)象．1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊(1773—1829)在實驗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相互疊加，在某些區(qū)域始終加強，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強弱分布的現(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）將一個光源發(fā)出的光波（源波）分為若干個波。由于這些波來自同一源波，所以，當(dāng)源波的初位相改變時，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，各成員波的偏振方向亦與源波一致，因而在考察點它們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，上述四個條件皆能滿足，從而出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。當(dāng)光源發(fā)出許多頻率成分時，每一單頻成分（對應(yīng)于一定的顏色）會產(chǎn)生相應(yīng)的一組條紋，這些條紋交疊起來就呈現(xiàn)彩色條紋。1、劈尖的等厚干涉測細(xì)絲直徑

見圖7.2.1-2，兩片疊在一起的玻璃片，在它們的一端夾一直徑待測的細(xì)絲，于是兩玻璃片之間形成一空氣劈尖。當(dāng)用單色光垂直照射時，如前所述，會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。因為程差相等的地方是平行于兩玻璃片交線的直線，所以等厚干涉條紋是一組明暗相間、平行于交線的直線。設(shè)入射光波為λ，則第m級暗紋處空氣劈尖的厚度由上式可知，m=0時，d=0，即在兩玻璃片交線處，為零級暗條紋。如果在細(xì)絲處呈現(xiàn)m=N級條紋，則待測細(xì)絲直徑具體測量時，常用劈尖盒，盒內(nèi)裝有兩片疊在一起玻璃片，在它們的一端夾一細(xì)絲，于是兩玻璃片之間形成一空氣劈尖，見圖7.2.1-2。使用時木盒切勿倒置或?qū)⒉Ａ钩?，以免?xì)絲位置變動，給測量帶來誤差?？梢?，我們?nèi)魷y得第m個暗環(huán)的半徑便可由已知λ求R，或者由已知R求λ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點相接觸，所以圓心位置很難確定，環(huán)的半徑也就不易測準(zhǔn)。同時因玻璃表面的不潔凈所引入的附加程差，使實驗中看到的干涉級數(shù)并不代表真正的干涉級數(shù)m。為此，我們將式（4）作一變換，將式中半徑換成直徑，則有：對第m+n個暗環(huán)有將（5）和（6）兩式相減，再展開整理后有可見，如果我們測得第m個暗環(huán)及第（m+n）個暗環(huán)的直徑、，就可由式（7）計算透鏡的曲率半徑R。

經(jīng)過上述的公式變換，避開了難測的量和m，從而提高了測量的精度，這是物理實驗中常采用的方法。二、干涉法測微小量的原理與干涉儀繪制草圖1、實驗內(nèi)容用干涉法測微小形變實驗驗證實驗儀器：he-ne激光器、共焦球面干涉儀、壓電陶瓷、探測器、示波器、電源、鋸齒波發(fā)生器。2、實驗原理：（1）、共焦球面干涉儀示意圖：共焦球面干涉儀是一個無源腔，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相等（R1=R2=L），鏡面1固定不動，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)每走一個周期都會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=mλ時，干涉相長示波器出現(xiàn)峰值，隨著壓電陶瓷隨電壓的變化，腔長變化，D也隨之變化。當(dāng)D=（m±1）λ時，再次干涉相長，示波器上出現(xiàn)相應(yīng)的峰值。3、實驗步驟：（1）、打開he-ne激光器，調(diào)整光路和壓電陶瓷方向，使得光路準(zhǔn)直，（若沒調(diào)整好，在共焦球面干涉儀后方會出項兩個光斑，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通道，打開激光器和鋸齒波發(fā)生器的電源。（3）、觀察示波器上波形。4、實驗結(jié)果：5、實驗總結(jié)： 本實驗是干涉法測微小形變的實驗驗證，故無需計算；壓電陶瓷的微小形變影響到共焦球面干涉儀的腔長，從而影響到光線1和光線2的光程差D，進一步反應(yīng)到示波器的波形顯示上。該測量方法得到驗證。三、Autocad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：擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)實驗回顧及總結(jié)這次實驗和以往的實驗不同，以往更多的是的老師設(shè)計好，安排每一節(jié)課的內(nèi)容讓我們照著做，而這次更多的是自主設(shè)