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激光干涉原理是什么_应用干涉法

时间:2020-10-17 09:33:50 类别:电子仪器 浏览:145次

  激光干涉仪原理

  “干涉法”是一种利用波(通常是光波、无线电波或声波)干涉现象的测量方法。测量可以包括波本身的某些特性以及波与之相互作用的材料。此外,干涉法被用来描述使用光波研究位移变化的技术。这种位移测量干涉法广泛应用于精密加工中的标定和机械级运动控制。通过使用两个光束(通常是将一个光束分成两个),当这两个光束重叠时,可以形成干涉图样。由于可见光的波长很短,因此可以检测到两束光之间的光路(行驶距离)的微小变化(因为这些差异将导致干涉图样的显著变化)。因此,一百多年来,光学干涉测量一直是一种有价值的测量技术。后来随着激光的发明,它的精确度得到了提高。第一次演示使用光干涉原理作为测量工具是由阿尔伯特a.迈克尔逊在1880年通过发展第一个干涉仪实现的。尽管这项技术(和测量精度)已经发展了多年,但迈克尔逊干涉仪的基本原理仍然是干涉测量学的核心。

  迈克尔逊干涉仪由分束器(半镀银镜)和两个反射镜组成。当光线通过半镀银反射镜/分束器(部分反射)时,它被分成两个光程不同的光束(一个去镜1,另一个去镜2)。在反射镜反射回来之后,这些光束在到达探测器之前,在分束器处再次合并。这两束光的路径差导致相位差,从而产生干涉条纹图。然后探测器对这种模式进行分析,以评估其中一个反射镜的波特性、材料特性或位移(取决于干涉仪用于什么测量)。


  应用干涉法

  为了产生高精度的干涉图(清晰的条纹),有一个高稳定的波长源是非常重要的,这是用XL-80激光器实现的。基于迈克尔逊原理的干涉仪有很多种,但是线性干涉仪是最简单的一种。在XL-80激光系统中,两个反射镜(用于迈克尔逊干涉仪)是后向反射器(棱镜将入射光沿平行于入射光的方向反射回来)。其中一个连接到形成参考臂的分束器上。另一个回复反射器形成可变长度测量臂,因为其距离相对于分束器而变化。激光束(1)从XL-80激光头射出,在偏振分束器处分成两束(反射(2)和传输(3))。这些光束从两个后向反射器反射回来,在到达探测器之前在分束器处重新组合。使用后向反射器可确保来自参考臂和测量臂的光束在分束器处重新组合时是平行的。重组后的光束到达探测器,在那里它们会以建设性或破坏性的方式相互干扰。在建设性干涉过程中,两束光束同相,两光束的峰值互相加强,形成明亮的条纹;而在破坏性干涉中,光束相位不一致,一束的峰值被第二束的波谷抵消,形成暗条纹。


  激光装置

  探测器中的光信号处理允许观察到这两个光束的干涉。测量臂的位移引起两束光束相对相位的变化。这种破坏性和建设性干涉的循环导致重组光的强度经历周期性变化。每次测量臂/后向反射器移动316.5 nm(即激光波长的一半)时,都会出现一个强度从亮到暗再到光的变化周期(因为这种移动会导致光程改变633 nm,即激光波长)。因此,通过使用以下公式计算循环次数来测量移动:


  公式

  式中,d是位移(以微米为单位),λ是激光的波长(0.633微米),N是通过的条纹数。在这些周期内,通过相位插值可获得1nm的更高分辨率。



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