干涉仪知识大全

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干涉仪的原理

  干涉仪是利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动,而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起,所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量,从而测得与此有关的其他物理量。测量精度决定于测量光程差的精度,干涉条纹每移动一个条纹间距,光程差就改变一个波长(~10-7米),所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的,其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。

  根据光的干涉原理制成的一种仪器。将来自一个光源的两个光束完全分并,各自经过不同的光程,然后再经过合并,可显出干涉条纹。在光谱学中,应用**的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀**涉仪,可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。

  

双频激光干涉仪的原理

  双频激光干涉仪的原理是建立在塞曼效应、牵引效应和多普勒效应的基础之上的。其原理如图2所示,在全内腔He-Ne激光器上加约0.03T的轴向磁场,由于塞曼效应和牵引效应,发出一束含有两个不同频率的**和右旋圆偏振光,它们的频率差大约是1.5MHz左右。这束光经1/4波片之后成为两个互相垂直的线偏振光,再经平行光管准直和扩束。从平行光管出来的这束光经过析光镜反射出一小部分作为参考光束通过45°放置的检偏器。并由马吕斯定律可知,两个垂直方向的线偏振光在45°方向上投影,形成新的线偏振光并产生拍频。这个拍频频率恰好等于激光器所发出的两个光频的差值即(f1-f2),约为1.5MHz。经光电元件接受进入前置放大器和计算机。另一部分透过析光镜沿院方向射向偏振分光棱镜。互相垂直的线偏振光f1和f2被分开。f2射向参考立体直角锥棱镜后返回,f1透过偏振分光棱镜到立体直角锥棱镜——测量棱镜,这时如果它以速度v运动,那么f1的返回光便有了变化成为(f1±Δf)。这束光返回后重新通过偏振分光棱镜并与f2的返回光会合,然后到45°放置的检偏器上产生拍频被光电元件接收,进入前置放大器和计算机。计算机对两路信号进行比较,计算它们之间的差值±Δf(即多普勒频差)。进而可以根据立体直角棱镜移动度数和时间求得被测长度。

  双频激光干涉仪中,双频起到了调频的作用,被测信号只是叠加在这一调频副载波上,这副载波与被测信号一起均被接收并转换成电信号。

  

干涉仪的应用

  干涉仪分双光束干涉仪和多光束干涉仪两大类,前者有瑞利干涉仪、迈克耳孙干涉仪及其变型泰曼干涉仪、马赫-秦特干涉仪等,后者有法布里-珀**涉仪等。干涉仪的应用极为广泛,主要有如下几方面:

  ①长度的精密测量。在双光束干涉仪中,若介质折射率均匀且保持恒定,则干涉条纹的移动是由两相干光几何路程之差发生变化所造成,根据条纹的移动数可进行长度的**比较或**测量。迈克耳孙干涉仪和法布里-珀**涉仪曾被用来以镉红谱线的波长表示国际米。

  ②折射率的测定。两光束的几何路程保持不变,介质折射率变化也可导致光程差的改变,从而引起条纹移动。瑞利干涉仪就是通过条纹移动来对折射率进行相对测量的典型干涉仪。应用于风洞的马赫-秦特干涉仪被用来对气流折射率的变化进行实时观察。

  ③波长的测量。任何一个以波长为单位测量标准米尺的方法也就是以标准米尺为单位来测量波长的方法。以国际米为标准,利用干涉仪可**测定光波波长。法布里-珀**涉仪(标准具)曾被用来确定波长的初级标准(镉红谱线波长)和几个次级波长标准,从而通过比较法确定其他光谱线的波长。

  ④检验光学元件的质量。泰曼干涉仪被普遍用来检验平板、棱镜和透镜等光学元件的质量。在泰曼干涉仪的一个光路中放置待检查的平板或棱镜,平板或棱镜的折射率或几何尺寸的任何不均匀性必将反映到干涉图样上。若在光路中放置透镜,可根据干涉图样了解由透镜造成的波面畸变,从而评估透镜的波像差。

  ⑤用作高分辨率光谱仪。法布里-珀**涉仪等多光束干涉仪具有很尖锐的干涉极大,因而有极高的光谱分辨率,常用作光谱的精细结构和超精细结构分析。

  ⑥历史上的作用。19世纪的波动论者认为光波或电磁波必须在弹性介质中才得以传播,这种假想的弹性介质称为以太。人们做了一系列实验来验证以太的存在并探求其属性。以干涉原理为基础的实验*为**,其中*有名的是菲佐实验和迈克耳孙-莫雷实验。1851年,A.H.L.菲佐用特别设计的干涉仪做了关于运动介质中的光速的实验,以验明运动介质是否曳引以太。1887年,A.A.迈克耳孙和E.W.莫雷合作利用迈克耳孙干涉仪试图检测地球相对**静止的以太的运动。对以太的研究为A.爱因斯坦的狭义相对论提供了佐证。

  

双频激光干涉仪的应用

  双频激光干涉仪以其高精度高稳定性和环境适应能力强等诸多优势,已经在工程测量领域处于不可替代的重要作用。它可以实现对大尺寸的精密计量,可以对各类计量器和机械加工器械进行精密检定。在形位误差检定方面,双频激光干涉同样具有极其重要的作用。随着工程应用研究不断发展,相信双频激光干涉仪将在越来越多的领域发挥应有的作用。

  1、双频激光干涉仪在大尺寸测量中的应用

  双频激光干涉仪是精度*高、可靠性非常好的仪器,是高精度大尺寸测量中优先考虑的测量手段[5]。本文例举了两个利用双频激光干涉仪测量大尺寸的方法。

  2、双频激光干涉仪在量块检定中的应用

  根据双频激光干涉仪的测距原理,在传统测长机上加装激光测量系统,可以将这些仪器的精度检测能力提高一个台阶,并用于量块检定。用双频激光干涉仪检定量块,依然是运用干涉测量原理。

  3、双频激光干涉仪在数控车床检定中的应用

  双频激光干涉仪与不同光学附件结合,可以测量距离、直线度、垂直度、平行度、平面度。由于仪器为模块化结构,安装位置灵活,便于分析机床误差来源;而且测量时可以在工作部件运动过程中自动采集数据,更接近机床的实际使用状态。与传统的检定方法相比,激光干涉仪具有较高的精度和效率,并能及时处理数据,为机床误差修正提供依据。因此,用双频激光干涉仪检测机床各项误差是一种用传统测量手段难以实现的的技术。位置精度是机床的重要指标,目前世界各国机床检定标准中都推荐使用激光干涉仪进行该项精度的检定。用双频激光干涉仪检定位置精度使用长度干涉仪和测量反射镜,测量时将长度干涉仪置于不动位置,反射器安装在运动部件上(也可相反) 。双频激光干涉仪在数控机床检定上的应用,即是对其各项形位误差的检定,在此不予赘述。

  4、双频激光干涉仪在形位误差测量上的应用

  双频激光干涉仪在形位误差检定中有着非常重要的应用,本文以直线度误差测量和角度误差测量为例说明双频激光干涉仪的强大功能。