当前课程知识点：光电仪器设计 > 第4章 干涉仪 > 4.6 几何量测量用干涉仪 > 4.6 几何量测量用干涉仪
大家好
我们知道角度和位移是最基本的几何量
那么这节开始我们将看一下
如何用干涉仪来测量这些几何量呢
下面我们来看一下三轴干涉仪
我们知道如果用一个双频激光
只带一路干涉仪
必定有点大材小用
那么是否可以用一个双频激光
带多路干涉仪呢
这是一个带三路干涉仪的例子
我们先看一下光是怎么走的
第一路干涉仪
光入射到参考镜上然后返回来
入射到测量镜上也返回来
在这儿形成干涉
这是第一路
第二路也同样入射到参考镜上返回来
入射到测量镜上也返回来
在这儿形成干涉 这是第二路
那么第三路呢 也是这样
先到参考镜再返回来
然后再到测量镜也返回来
为什么要有三路干涉呢
比如说我们测量一个平面镜
我们知道三点确定一个平面
如果我们知道这个平面镜上三点的位移
那么我们就可以知道
这个平面镜的姿态了
所以三轴干涉仪 还是非常有用的
那么有的时候我们只希望测量
平面镜的转角
并不希望它测量所有方向的转角
只希望它测量一个方向的转角
这个时候该怎么办呢
是不是有更简单的方法呢
这是一个测量平面反射镜角度的装置
我们也来看一下光是怎么走的
比如说入射光经过参考镜反射
然后再经过测量镜反射
那么在这儿能产生干涉
这里面要说明的是参考镜在上面
测量镜在下面
那么我们可以测量参考镜的位移
和测量镜的位移
如果这时候测量镜和参考镜不是两个镜子
而是一个镜子 那么我们用上部分的光
和下部分的光干涉就可以测量
这个镜子的角度了
因为我们知道上面的光和下面的光
干涉的时候有一个位相
那么这个位相代表了位移
我们又知道上下光之间的距离
显然这个角度是可以得到的
更简单的角度测量方法是这样的
那么光经过偏振分光棱镜以后
入射到参考镜上
然后经过偏振分光棱镜透射的光
入射到测量棱镜上
这个参考镜和测量镜都是一个角锥棱镜
这两个角锥棱镜是固结在一起的
那么当这个角锥棱镜发生旋转的时候
我们就可以得到光程
那么根据光程
然后再根据这两个角锥棱镜之间的距离
就可以知道
这个角锥棱镜组合体的角度了
我们把这个角锥棱镜的组合体叫做靶镜
那么用这个靶镜可以测量
非常微小的转角
分辨率可以到0.01角秒或者更小
我们刚才介绍的主要都是测量角度
或者测量位移
通过位移来求角度
那么是否可以同时
把角度和位移都给测出来呢
我们来看一下这个系统
这个系统是一个非常巧妙的系统
那么光先经过偏振分光棱镜以后
入射到测量镜上如这个红线所示
这时候的光是水平偏振的
那么垂直偏振的光
在偏振分光棱镜上反射
入射到参考镜上
就像这个蓝线所示
到这儿我们就可以测量位移了
如果测量镜位置发生了变化
那么我们就可以测到位相发生变化了
就可以反推这个测量镜位移到底是多少
如果我们还想
在测量这个测量镜的位移的同时
还得到这个测量镜的角度变化
那么怎么办呢
自然我们想到如果我要是
上面测量的是它的位移
那么如果我们在下面也用一束光
也来测量它的位移
用上下的位移差就可以推算角度了
那么自然就想到了
把参考光给引到这个测量镜的下面
那怎么做呢
我们可以在这儿加一个二分之一波片
那么原来这个蓝色的是垂直偏振的光
经过二分之一波片以后
就变成了水平偏振光了
那么水平偏振光经过偏振分光棱镜
它就是透射的
那么这样就自然打到了测量镜的下面
也就是说这个蓝色表示的是参考臂
那么红色表示的是测量臂
测量臂除了测量位移以后再继续走呢
也就是说水平偏振的光
经过二分之一波片
变成了垂直偏振的光
那么垂直偏振的光
在偏振分光棱镜上是反射的
那么这个时候
入射到参考镜上
最终和之前的光产生干涉
那么从这里我们可以看出来
因为我们用了在测量镜上上半部分
和下半部分光的干涉
那么我们就可以得到上半部分的光程
和下半部分的光程的光程差
也就是说
这个时候上半部分和下半部分的
位移差我们是知道的
那么我们又知道了这两个光束的距离
就可以求出这个测量镜的角度了
下面我们来看一下如何测量直线度
光透过偏振分光棱镜以后
我们得到这样出射
那么另一方面 另一个频率的光
从这个方向出射
这个时候在直线度测量里面
这几个元件是非常关键的
首先 角锥棱镜 第二 光楔组
第三 靶镜
这里面如果靶镜有位移
也就是说测量移动台直线度的时候
靶镜随着移动台的变化
而发生了位移
那么这个时候我们测量到的光程
红线表示的光程有所减小
而蓝线表示的光程有所增加
其实这里头这个系统
是非常像之前我们的角度测量系统的
只不过用这个光楔组
把光线进行了折转
而用这个靶镜把之前的两个反射镜
用一个夹角给联系起来了
下面我们小结一下这节课的内容
这是多轴同时测量
这个是角度测量用的平面镜
或者角锥棱镜的组合
那么这个是角度和位移同时测量
这是一个非常新颖的设计
那么这个是直线度测量用的靶镜
它可以用来测量直线度
在下一次课我们会介绍
如何把干涉仪安装到机床上
好 这节课就到这儿 谢谢
-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
