精密位移量的激光干涉测量方法及实验.

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精密位移量的激光干涉测量方法及实验

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

二、实验原理

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: 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 另一束为透射光,经测量镜M2反射,其复振幅Ut,用下式表示 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 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:

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 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。

三、实验光路 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(L) 条纹数(N) 测量位移量(L) 备注 1 2 3 4