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激光干涉仪百科

激光干涉仪
干涉仪 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,应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪,可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 介绍 原理 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,...   详细内容>>

干涉仪


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,应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪,可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。

介绍


原理

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。

分类

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-珀罗干涉仪等。

应用


干涉仪的应用极为广泛,主要有如下几方面:

长度测量

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精确比较或绝对测量。迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪曾被用来以镉红谱线的波长表示国际米。

折射率测定

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。

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,利用干涉仪可精确测定光波波长。法布里-珀罗干涉仪(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。

检验光学元件

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。

其他

用作高分辨率光谱仪。法布里-珀罗干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。
 
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最为精确,其中最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绝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。

故障检修


1、干涉环不圆正
 
原因:
 
(1)分光板膜层面反向。
 
(2)两组出射光瞳错位。
 
(3)分光板、补偿板、移动镜及参考镜有压应力。
 
检修方法:分光板膜层应是入射光的第二面,如装在第一面,则调出的等倾干圆涉环是直的椭圆形干涉环,可旋松分光板的三只宽头螺钉,取出分光 板,反过180°重新装入金属框内,把三只宽头螺钉旋到原来的压紧力。分光板调整请参考故障检修方法。分光板,补偿板的宽头螺钉,移动镜及参考镜的调节滚花螺钉压紧 力过大,使各镜片逐步变形产生等倾干涉圆环不规则,适当放松过紧的 螺钉即可消除。
 
2、读数空位大于 0.03mm
 
原因:
 
(1)传动螺母和丝杆的配合间隙大。
 
(2)拖板体下面的顶块间隙偏大。
 
(3)档板与导轨配合过松。
 
检修方法:可先调整顶块间隙,拖板体在工作状态下旋松顶块螺钉,左手大拇 指将拖板体向读数头方向轻推,中指压紧顶块,然后固紧顶块螺钉。如果仍未达到要求,调整档板与导轨的间隙达 0.02mm,再调节传动螺母上 的两只螺钉(老产品有四只)。
 
3、 转动粗动手轮时拖板不走。
 
原因:
 
(1)仪器受强烈冲击后,丝杆向尾架方向脱出,造成读数头啮合齿轮错位。
 
(2) 传动小齿轮固紧螺母松动, 造成传动小齿轮与丝杆打滑。
 
(3)大齿轮及粗动手轮的压紧螺母松动。
 
检修方法:首先检查粗动手轮压紧螺母,然后检查精密丝杆是否向尾架方向脱出,如已脱出,可松动尾架三只螺钉,一面将丝杆推向读数头,一面慢慢转动粗动手轮,最后旋紧尾架三只螺钉,如果是小齿轮固紧螺母和大齿轮固紧螺母松动,先拆去传动盒盖,再拆下门字架,固紧螺母,重新依次装配即可。
 
4、转动微动手轮时拖板不走。
 
原因:
 
(1)传动小齿轮压紧螺母松,使盆形弹簧片无压紧力,造成 蜗轮空转。
 
(2)粗微动有脱开机构的干涉仪,蜗杆压紧弹簧片失灵。
 
(3)微动手轮压紧螺母松。
 
检修方法:先检查微动手轮的压紧螺母。然后打开传动盒盖,取下门字架,旋紧传动小齿轮压紧螺母,使盆形弹簧片压紧蜗轮,此时转动蜗轮应带动精密丝杆,依次装好拆下的另件。 如果是脱开机构,应检查蜗杆拖板是否已被压死。如被压死,可拆 下左右压块,清洗、上油(7101 油脂)重新装配即可,如蜗杆拖板较松,说明蜗杆拖板的弹簧压力减小,(1)可拆下弹簧改小 R 增加弹性。(2)调换弹簧片。
 
5、转动粗动手轮时,等倾干涉环从中心向外漂移。
 
原 因:入射的光源不垂直于移动镜。
 
检修方法:此种现象,并非仪器故障,主要是入射的光源不垂直于移动镜,因多数易误解为导轨直线性不好所致,故亦在此说明。首先调整干涉仪三只底脚调平螺钉,使仪器基本按放水平,然后调整光源,使扩束激光充满固定镜,将移动镜调至零光程附近,转动粗动手轮调等倾直条纹,说明扩束激光基本垂直于移动镜,此时转动粗动手轮出现的干涉圆环就不 会漂移。
 
6、白光干涉条纹不对称。
 
原因:
 
(1)受运输冲击或使用过程中碰过分光板和补偿板两板平行 度已被破坏。
 
检修方法:调整分光板与补偿板的平行性,在没有自准直仪时,可通过两板同时观察室内目标物。如日光灯,调节两板上的宽头螺钉,使双象基本重合,这时调出的白光彩色条纹可达到基本对称,如仍有不对称现象,可调节补偿板的三只宽头螺钉达到完全对称。
 
7、 波长测定值偏长。
 
原因:
 
(1)拖板体测面弹簧片压力太紧。
 
(2)档板与导轨配合过紧。
 
(3)导轨面润滑油脂太厚。
 
(4)蜗轮稍有打滑。
 
(5)丝杆尾架压紧力偏小。
 
检修方法:先检查拖板体测面的弹簧片是否太紧,如太紧可将弹簧变形减少压力的办法解决。第二取下拖板体,检查开合螺母上的档板与导轨面的配合是否过紧,如过紧可调整档板,旋松两只螺钉,提高档板与导轨接触 处垫入 0.02mm 厚的锡片,放下档板,固紧螺钉,拿掉锡片。第三导轨如加上厚的油脂,会使拖板增加阻尼或厚的油脂上带有杂质,会使拖板不 按导轨直线移动。应清洗后重新上油。第四检查尾架内的弹簧,如压紧 力偏小,可把滚花螺套旋出,将弹簧拉长即可。如遇蜗轮稍有打滑,检修时必须小心拆装,先拆下传动盒盖,拆下门字架,取下小钢球,旋下小齿轮压紧螺母,用专用夹具取下读数盘, 平面轴承,盆形弹簧片、蜗轮等。在汽油中清洗、烘干,重新涂硬性润滑油脂(杭光 3#或 7107 油脂),重新装配时可在平面轴承与读数盘之间 加 0.2mm 的金属垫片,手感磨擦力有所增加后,依次重新装配,再进行测量检查。

维护


1、仪器应妥善地放在干燥、清洁的房间内,防止振动,仪器搬动 时,应托住底座,以防导轨变形。
 
2、光学零件不用时,应存放在清洁的干燥盆内,以防止发霉。反光镜、分光镜一般不允许擦拭,必要擦拭时,须先用备件毛刷小心掸去灰尘,再用脱脂清洁棉花球滴上酒精和乙醚混合液轻拭。
 
3、传动部件应有良好的润滑。特别是导轨、丝杆、螺母与轴孔部分,应用T5精密仪表油润滑。
 
4、使用时,各调整部位用力要适当,不要强旋、硬扳。
 
5、导轨面丝杆应防止划伤、锈蚀,用毕后,仍保持不失油状态。
 
6、 经过精密调整的仪器部件上的螺丝,都涂有红漆,不要擅自转动。
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2018/2/21 1:42:08
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