各種光學(xué)干涉儀課件

各種光學(xué)干涉儀課件光學(xué)干涉儀概述Michelson干涉儀Mach-Zehnder干涉儀Twyman-Green干涉儀Fizeau干涉儀目錄CONTENTS01光學(xué)干涉儀概述光學(xué)干涉儀是一種利用光的干涉現(xiàn)象來(lái)測(cè)量物理量的儀器。定義高精度、高靈敏度、非接觸測(cè)量、寬測(cè)量范圍。特點(diǎn)定義與特點(diǎn)干涉現(xiàn)象當(dāng)兩束或多束相干光波在空間某一點(diǎn)疊加時(shí)，光波的振幅會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象。干涉儀工作原理通過(guò)分束器將一束光分成兩束或多束相干光波，分別經(jīng)過(guò)不同的路徑后再次相遇，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。通過(guò)測(cè)量干涉現(xiàn)象的特性，可以推導(dǎo)出被測(cè)物理量的值。工作原理根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以將光學(xué)干涉儀分為多種類(lèi)型，如根據(jù)干涉儀的測(cè)量方式可分為零差干涉儀和外差干涉儀；根據(jù)干涉儀的測(cè)量對(duì)象可分為長(zhǎng)度干涉儀、角度干涉儀和光學(xué)表面形狀干涉儀等。分類(lèi)不同類(lèi)型的干涉儀各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。例如，零差干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高，但抗干擾能力較差；外差干涉儀抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量范圍廣，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整難度較大。比較分類(lèi)與比較02Michelson干涉儀光的波動(dòng)性01光在傳播過(guò)程中會(huì)形成波前，當(dāng)兩個(gè)波前相遇時(shí)，它們會(huì)相互疊加。當(dāng)波前同相時(shí)，光強(qiáng)增強(qiáng)；反相時(shí)，光強(qiáng)減弱。干涉現(xiàn)象02當(dāng)兩束具有相同頻率和相位的光波在空間某一點(diǎn)相遇時(shí)，它們會(huì)相互疊加形成干涉。干涉會(huì)導(dǎo)致光強(qiáng)的空間分布發(fā)生變化，形成明暗相間的干涉條紋。Michelson干涉儀原理03Michelson干涉儀通過(guò)將一束光分成兩束相互垂直的光束，分別經(jīng)過(guò)反射鏡反射后再合并，利用反射鏡的移動(dòng)或光路的改變，使兩束光產(chǎn)生不同的光程差，從而形成干涉現(xiàn)象。工作原理將一束入射光分成兩束相互垂直的光束。常見(jiàn)的分束器有半透半反鏡和分束棱鏡。分束器使一束光反射后改變方向。通常使用平面鏡作為反射鏡。反射鏡連接分束器和反射鏡，使光束在其中傳播。通常使用光學(xué)平臺(tái)或真空管作為干涉臂。干涉臂用于檢測(cè)干涉現(xiàn)象并記錄干涉條紋。常見(jiàn)的探測(cè)器有光電二極管和CCD相機(jī)。探測(cè)器結(jié)構(gòu)與組成光學(xué)薄膜檢測(cè)Michelson干涉儀可用于檢測(cè)光學(xué)薄膜的厚度和折射率，通過(guò)觀(guān)察干涉條紋的變化，可以分析光學(xué)薄膜的質(zhì)量和光學(xué)性能。長(zhǎng)度測(cè)量Michelson干涉儀常用于長(zhǎng)度測(cè)量，通過(guò)測(cè)量干涉條紋的數(shù)量或移動(dòng)反射鏡的距離，可以精確測(cè)量光程差的變化，從而得到被測(cè)物體的長(zhǎng)度或位移。引力波探測(cè)Michelson干涉儀也可用于引力波探測(cè)，通過(guò)檢測(cè)引力波引起的空間擾動(dòng)，可以研究宇宙中的大質(zhì)量天體和黑洞等天體物理現(xiàn)象。應(yīng)用與實(shí)例03Mach-Zehnder干涉儀光的波動(dòng)性光具有波動(dòng)性，可以發(fā)生干涉和衍射等現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象當(dāng)兩束或多束相干光波在空間某一點(diǎn)疊加時(shí)，光波的振幅會(huì)相加，形成明暗相間的干涉條紋。Mach-Zehnder干涉儀原理通過(guò)分束器將一束光分成兩束，分別經(jīng)過(guò)不同的路徑后再次合并，由于光程差的存在，兩束光在空間某一點(diǎn)疊加時(shí)發(fā)生干涉，形成明暗相間的干涉條紋。工作原理分束器反射鏡透鏡觀(guān)察屏結(jié)構(gòu)與組成01020304將一束光分成兩束相干光波。使光波在空間中發(fā)生反射，改變光波的傳播路徑。對(duì)光波進(jìn)行聚焦或擴(kuò)展，使光波在空間中形成干涉條紋。用于觀(guān)察干涉條紋。利用Mach-Zehnder干涉儀測(cè)量光學(xué)元件的表面形貌、光學(xué)薄膜的厚度等。光學(xué)干涉測(cè)量光學(xué)信號(hào)處理量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)利用Mach-Zehnder干涉儀實(shí)現(xiàn)光學(xué)信號(hào)的相干解調(diào)、濾波等處理。利用Mach-Zehnder干涉儀進(jìn)行量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)，如量子糾纏、量子隱形傳態(tài)等。030201應(yīng)用與實(shí)例04Twyman-Green干涉儀Twyman-Green干涉儀基于分振幅干涉原理，通過(guò)將待測(cè)波前分成兩束相干光束，并在后續(xù)路徑中重新組合，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。干涉條紋的出現(xiàn)與否取決于兩束光的光程差，通過(guò)調(diào)整光束的光程差，可以獲得不同的干涉圖樣。通過(guò)測(cè)量干涉條紋的位置或移動(dòng)，可以推導(dǎo)出待測(cè)波前的波前畸變、光學(xué)元件的表面誤差等參數(shù)。工作原理

結(jié)構(gòu)與組成Twyman-Green干涉儀主要由分束器、反射鏡、透鏡和干涉儀平臺(tái)組成。分束器用于將待測(cè)波前分成兩束相干光束，反射鏡和透鏡用于調(diào)整光束的路徑和方向，干涉儀平臺(tái)用于放置光學(xué)元件和測(cè)量干涉條紋。此外，還需要光源、探測(cè)器等輔助設(shè)備。Twyman-Green干涉儀廣泛應(yīng)用于光學(xué)元件的檢測(cè)、光學(xué)系統(tǒng)的波前畸變分析等領(lǐng)域。例如，可以用于檢測(cè)光學(xué)元件的表面誤差、透鏡的球面和彗差等參數(shù)，也可以用于評(píng)估光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的測(cè)試需求選擇合適的干涉儀型號(hào)和規(guī)格，并嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)試。應(yīng)用與實(shí)例05Fizeau干涉儀當(dāng)兩束或多束相干光波在空間某一點(diǎn)疊加時(shí)，光波的振幅會(huì)相互影響，形成加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象，即干涉現(xiàn)象。光的干涉現(xiàn)象Fizeau干涉儀利用分束器將一束光分成兩束相干光波，分別經(jīng)過(guò)反射鏡反射后重新匯聚，在光路長(zhǎng)度上產(chǎn)生差異，形成干涉現(xiàn)象。Fizeau干涉儀原理通過(guò)測(cè)量干涉條紋的移動(dòng)量，可以精確測(cè)量反射鏡的位移變化，從而獲得高精度的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量精度工作原理將一束光分成兩束相干光波，要求分束器具有較高的透射率和反射率。分束器反射鏡干涉儀底座測(cè)量系統(tǒng)使光波在反射鏡表面反射后形成光路長(zhǎng)度差異，要求反射鏡具有高反射率和穩(wěn)定性。支撐和固定分束器和反射鏡，要求底座具有高穩(wěn)定性和精度。用于檢測(cè)干涉條紋的位置變化，通常包括光電探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)與組成利用Fizeau干涉儀測(cè)量光學(xué)表面的形貌，如透鏡、反射鏡等