精密位移量的激光干涉测量方 法及实验
精密位移量的激光干涉测量方 法及实验
实验目的 了解激光干涉测量的原理 掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉 测量方法 了解激光干涉测量方法的优点和应用场合
一、实验目的 • 了解激光干涉测量的原理 • 掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉 测量方法 • 了解激光干涉测量方法的优点和应用场合
实验原理 M1(参考镜) HeNe激光器 ABS 中× M2(测量镜) 扩束准直系统 ←AL 干涉条纹 D 入/2 图1T-G干涉系统
二、实验原理 He-Ne 激光器 扩束准直系统 M1（参考镜） M2（测量镜） 干涉条纹 L1 L2 D BS L L1 /2 图 1 T－G 干涉系统
实验原理 激光通过扩束准直系统L1提供入射的平面波此平面波可用下式表示 U(Z)=Aek 经半反射镜BS分为二束,一束经参考镜M1,反射后成为参考光束,其复振幅 PRO R R 另一朿为透射光,经测量镜M2反射,其复振幅Ut,用下式表示 U,=A 中(=1) 此三束光在BS上相遇,产生干涉条纹。干涉条纹的光强I(Xy)由下式决定 I(x,y)=UU 当反射镜M1与M2彼此间有一交角20,且当θ较小,即sine=0时, 一经简化可求得干涉条纹的光强为 (x,y)=2l0(1+cosk20)
二、实验原理 激光通过扩束准直系统L1提供入射的平面波此平面波可用下式表示： ikz U(Z) = Ae 经半反射镜BS分为二束，一束经参考镜M1，反射后成为参考光束，其复振幅 ( ) R R z R R U A e = 另一束为透射光，经测量镜M2反射，其复振幅Ut，用下式表示 ( ) t t i z t t U A e = 此二束光在BS上相遇，产生干涉条纹。干涉条纹的光强I(x,y)由下式决定 I(x, y) = U U 当反射镜M1与M2彼此间有一交角2，且当较小，即sin时， 经简化可求得干涉条纹的光强为： ( , ) 2 (1 cos 2 ) I x y = I 0 + kl
当θ为一常数时,当测量在空气中进行,且干涉臂光程不大,略去大气的影响,则 I=N 2 因此,记录干涉条纹移动数,已知激光波长,由上式即可测量反射镜的位移量, 或反射镜的轴向变动量AL。干涉条纹的计数,从图1中知道,定位在BS面上或无 远上的干涉条纹由成像物镜L2将条纹成在探测器上,实现计数
当为一常数时，当测量在空气中进行，且干涉臂光程不大，略去大气的影响，则 2 l = N 因此，记录干涉条纹移动数，已知激光波长，由上式即可测量反射镜的位移量， 或反射镜的轴向变动量L。干涉条纹的计数，从图1中知道，定位在BS面上或无 穷远上的干涉条纹由成像物镜L2将条纹成在探测器上，实现计数
实验光路 5 6 算23 机 PZT 8 激光器1发出的激光经衰减器2(用于调节激光强度)后由二个定向小孔3,5引导,经 反射镜6,7进入扩束准直物镜8,10(即图1中的L1),由分光镜14(即图1中BS 分成二束光,分别由反射镜16(即图1中的M1),18(M2)反射形成干涉条纹并经 成像物镜20(即图1中L2)将条纹成于CMOS23上(即D),这样在计算机屏上就可 看到干涉条纹,实现微位移的测量
三、实验光路 1 2 3 1 5 6 8 7 9 10 22 24 23 20 14 16 送 计 算 机 18 PZT 激光器1发出的激光经衰减器2（用于调节激光强度）后由二个定向小孔3，5引导，经 反射镜6，7进入扩束准直物镜8，10（即图1中的L1），由分光镜14（即图1中BS） 分成二束光，分别由反射镜16（即图1中的M1），18（M2）反射形成干涉条纹并经 成像物镜20（即图1中L2）将条纹成于CMOS 23上（即D），这样在计算机屏上就可 看到干涉条纹，实现微位移的测量
四、实验步骤 )公共部分 开机激光器1迅速起辉,待光强稳定; 打开驱动电源开关 检查CMOS23上电信号灯亮否 调整光路时若移开反射镜4,13,扩束激光; )移入反射镜4,13,不扩束激光。 注:以下所有实验的开始步骤均同公共部分 本 金唱 护束 在组合工作台1618上分别装平面区射镜,调节工作台1618上调平调向测 °使二路反射光较好重合(在成像物镜20后焦面上,两反射光会聚 打开计算机,然后微调工作台上测微器,在显示屏上看见干涉条纹 调整CMOS在轨道上的位置,使王涉条纹清晰,锁定23,再调节可调光阑22 孔径位置,滤除分光镜寄生干涉光 测量程序操作
四、实验步骤 • 公共部分： • 开机，激光器1迅速起辉，待光强稳定； • 打开驱动电源开关； • 检查CMOS23上电信号灯亮否； • 调整光路时若移开反射镜4，13，扩束激光； • 移入反射镜4，13，不扩束激光。 • 注：以下所有实验的开始步骤均同公共部分 • 本实验步骤 • 扩束 • 在组合工作台16，18上分别装平面反射镜，调节工作台16，18上调平调向测 微器，使二路反射光较好重合（在成像物镜20后焦面上，两反射光会聚的焦 斑重合） • 打开计算机，然后微调工作台上测微器，在显示屏上看见干涉条纹 • 调整CMOS在轨道上的位置，使干涉条纹清晰，锁定23，再调节可调光阑22 孔径位置，滤除分光镜寄生干涉光 • 测量程序操作
五、实验记录 序号驱动位移量条纹数N) 测量位移量(L)备注
五、实验记录 2 序号 N 驱动位移量 (L) 条纹数(N) 测量位移量(L) 备注 1 2 3 4