光电测量系统设计报告

光电测量系统设计报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

光电测量系统设计报告

一、干涉的基本原理

干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。

由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。

1、劈尖的等厚干涉测细丝直径

设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度

由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径

2、利用干涉条纹检验光学表面面形

检查光学平面的方法通常是将光学样板（平面平晶）放在被测平面之上，在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜。当单色光垂直照射时，通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形。

（1）待测表面是平面

（2）待测表面呈微凸球面或微凹球面

当手指向下按时，空气膜变薄，各级干涉条纹要发生移动，以满足式（2），

3

式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率n ≈ 1。

当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m个暗环处的空气层厚度为m，则有：R，即，可得：

式中是第m个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得：

可见，我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R，或者由已知R求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径换成直径，则有：

对第m+n个暗环有

将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有

可见，如果我们测得第m个暗环及第（m+n）个暗环的直径、，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R。

经过上述的公式变换，避开了难测的量和m，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。

二、干涉法测微小量的原理与干涉仪绘制草图

1、实验内容

用干涉法测微小形变实验验证

实验仪器：he-ne激光器、共焦球面干涉仪、压电陶瓷、探测器、示波器、电源、锯齿波发生器。

2、实验原理：

（1）、共焦球面干涉仪示意图：

共焦球面干涉仪是一个无源腔，由两块球形凹面反射镜构成两面镜子的曲率半径和腔长相等（R1=R2=L），镜面1固定不动，镜面2固定在可随外电压变化而变化的压电陶瓷上。

光在腔内每走一个周期都会有部分光从镜面透射出去为光线1，另一部分则反射4次出射，为光线2；

光线1与光线2满足干涉条件，当其光程差D满足条件：D=mλ时，干涉相长示波器出现峰值，随着压电陶瓷随电压的变化，腔长变化，D也随之变化。当D=（m±1）λ时，再次干涉相长，示波器上出现相应的峰值。

3、实验步骤：

（1）、打开he-ne激光器，调整光路和压电陶瓷方向，使得光路准直，（若没调整好，在共焦球面干涉仪后方会出项两个光斑，光线1和光线2并不产生干涉）。

（2）、将探头和锯齿波发生器分别接入示波器的两个通道，打开激光器和锯齿波发生器的电源。

（3）、观察示波器上波形。

4、实验结果：

5、实验总结：

本实验是干涉法测微小形变的实验验证，故无需计算；压电陶瓷的微小形变影响到共焦球面干涉仪的腔长，从而影响到光线1和光线2的光程差D，进一步反应到示波器的波形显示上。该测量方法得到验证。

三、Auto cad图

探头

主体

探头

后盖

底座

螺钉

电路图

电源外壳

四、Zemax的绘制：扩束准直系统

五、实验回顾及总结

这次实验和以往的实验不同，以往更多的是的老师设计好，安排每一节课的内容让我们照着做，而这次更多的是自主设计进行探索发现。前几次课程我们主要是通过设计

实验系统，学习并运用CAD画出模型，这样我们既学会了软件设计又理解实验原理及结构。激发了我们的兴趣。谢谢老师为我们自由式发挥创造了条件。