当前课程知识点：光电仪器设计 > 第4章 干涉仪 > 4.5 平面镜干涉仪 > 4.5 平面镜干涉仪
这节课我们将介绍如何将角锥棱镜
和平面镜组合形成平面镜干涉仪
用角锥棱镜可以测量这样的电动平移台
那么角锥棱镜可以使光线原路返回
避免因为移动台直线度导致的
干涉条纹变密问题
但是如果测量这样的平移台呢
就又有问题了
于是我们又怀念之前的平面镜
是否可以将角锥棱镜和平面镜配合
解决平面镜偏转
导致的干涉条纹变密问题呢
下面我们来看一下经典的平面镜干涉仪
入射光经过偏振分光棱镜以后
入射到反射镜上
在反射镜上反射
经过角锥棱镜
再一次入射到反射镜上
然后再反射
而参考光经过偏振分光棱镜反射
入射到角锥棱镜上然后再反射回来
在这儿形成干涉
那么这个角锥棱镜起了非常重要的作用
比如说当测量镜倾斜了
那么这个时候
入射光入射到测量镜上
它的反射光就倾斜了
它的反射光倾斜以后呢
就倾斜地入射到角锥棱镜上了
那么角锥棱镜的反射光同样也倾斜
在偏振分光棱镜上反射以后
就倾斜地入射到平面镜上了
而因为这个平面镜倾斜
所以它的最终反射光是和入射光平行的
这里面想说的另一个问题是
我们看第一个图
如果参考臂和测量臂
在玻璃中传播的光程不一样
那么这时候玻璃如果热膨胀了
就会导致测量误差
我们来看传播的光程是否一样呢
我们先把在玻璃中传播的
一样的部分给去掉
去掉以后我们还会发现
测量臂在玻璃里面还有很多路在走
那么这个时候如果温度发生了变化
光学元件就会有热膨胀
同时光学元件的折射率也会发生变化
这就会产生测量误差
这个误差该怎么减小呢
显然这里面测量臂跟参考臂并不是对称的
如果我们给它做成对称布置
那么这个时候测量臂用平面镜
参考臂也用平面镜
那么这个时候它就是一个对称的布置
这时候测量臂和参考臂
在玻璃里走过的光程
就是完全一样的了
这里面把参考臂换成平面镜是非常重要的
从这个曲线我们可以看出
如果参考臂是角锥棱镜的话
那么这个时候温度变化导致的误差很大
而如果换成平面镜
温度变化导致的误差就减小了很多很多
下面我们来看一下
如何提高这种干涉仪的分辨率
我们先来看一下光线是怎么走的
光线经过偏振分光棱镜以后
入射到测量镜上
然后进行反射 进行位置平移
最终从这儿出来
另一方面光线在偏振分光棱镜上反射
入射到参考镜上
然后经过角锥棱镜平移
再一次入射到参考镜上
从这儿出来 这样就可以得到了干涉信号
我们可以看到光在测量镜上反射了四次
也就是说光来回来去走了八趟
因此它的分辨率变为了λ/8
在很大程度上提高了分辨率
这个提高的分辨率需要感谢谁呢
需要感谢这个四分之一波片
和这个角锥棱镜的很好的配合
那么我们来看一下它们是怎么配合的
光在入射到偏振分光棱镜上的时候
含有了垂直偏振和水平偏振
那么水平偏振的光透过偏振分光棱镜
再透过四分之一波片以后
就变成了圆偏振光
这个圆偏振光入射到测量镜上
然后反射回来
再一次通过四分之一波片
就变成了垂直偏振光
只有它变成了垂直偏振光以后
它才可以在偏振分光棱镜上被反射
然后经过角锥棱镜再一次被反射
又入射到测量镜上
然后被测量镜反射
被测量镜反射的光
经过了四分之一波片就变成了水平偏振
那么光就是在四分之一波片
和角锥棱镜的配合下
一会儿变成垂直偏振 一会儿变成水平偏振
这样来来去去地变化
而把位置不断改变
从而使得光在反射镜上反射了多次
提高了分辨率
因此角锥棱镜和四分之一波片的配合
在干涉仪里也是非常重要的
那么我们知道了干涉仪的原理
那么平面镜干涉仪还可以怎么用呢
我们来看一下差分测量
这是一个差分测量的光路
我们再看一下光的行进
入射光经过测量镜 经过角锥棱镜
转移位置 经过参考的角锥棱镜出射
参考光先经过角锥棱镜再转移位置
再经过参考镜再转移位置 然后出射
那么这个时候测量镜和参考镜
在同一个方向
其他的地方光线走的位置 光线走的路程
都是完全相同的
所以如果有误差 这些误差也可以被抵消
也就是说如果测量镜和参考镜距离很近
那么我们实现的是一个差分测量
这种差分测量
可以具有非常高的测量灵敏度
而且非常的稳定
这里面同样要感谢这个角锥棱镜的作用
下面我们小结一下这节课的内容
角锥棱镜和平面镜配合
可以补偿平面镜转角的误差
那么角锥棱镜可以改变光路的位置
增加反射次数
因此可以提高灵敏度
参考光路和测量光路对称布置
减少了玻璃变形导致的误差
测量臂和参考臂共路设计
使得仪器更加稳定
实现了稳定的差分测量
到此为止 我们介绍了干涉的原理
从下面开始
我们将介绍如何用干涉仪进行几何量测量
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
