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±1λ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;。
