激光泰曼干涉的研究与应用4e讲解

目录目录摘要.............................................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................................II1绪论........................................................................................................................１2激光泰曼干涉仪原理和特点................................................................................１2.1总体结构和特点................................................................................................１2.2光学系统的各种干涉条纹及成像原理...........................................................３2.2.1等倾干涉原理..............................................................................................３2.2.2等厚干涉原理.............................................................................................３2.2.3泰曼干涉原理.............................................................................................４2.2.4泰曼干涉条纹的特性.................................................................................５3泰曼干涉的应用研究............................................................................................６3.1泰曼干涉仪的综合精度计算...........................................................................６3.2用泰曼干涉仪检测室内微小振动和空气流动................................................６3.3用泰曼干涉仪检测系统内温度变化................................................................７3.4用泰曼干涉仪来检验直角棱镜的综合质量...................................................８3.4.1泰曼干涉中直角棱镜干涉条纹的理论分析.............................................８3.3.2泰曼干涉系统下的直角棱镜干涉条纹与分析...................................１３4结论与展望........................................................................................................１８4.1结论...............................................................................................................１８4.2展望...............................................................................................................１８5鸣谢....................................................................................................................２１6参考文献..............................................................................................................２１7附录......................................................................................................................２３目录摘要-I-摘要本文深入讨论了激光束干涉产生的原理，研究了激光泰曼干涉仪的工作机理和泰曼干涉仪产生的等厚干涉条纹，并利用HA-3型便携式光学实验部件组成激光泰曼干涉系统；从理论上分析了直角棱镜在泰曼干涉系统中各种误差对产生的干涉条纹的影响，并利用分析得到的结果对2个直角棱镜实际上的干涉条纹进行对比和讨论；介绍了泰曼干涉仪的多种应用，并探讨了用安装好电视摄像机和微机的泰曼-电视-微机系统进行振幅测量的原理和方法；从理论上分析了用泰曼干涉系统测算直角棱镜的角度误差的公式，并得出干涉系统理论上能测算出无限小的直角误差。最后结果表明：在测算直角棱镜的直角误差上，泰曼干涉系统较其它器件有极大的优越性。但在精确地测量棱镜的表面误差时，有一定局限性。这个泰曼干涉系统能快速评定透镜的表面质量和角度误差，有一定的实用性。关键词：泰曼干涉；直角棱镜；干涉检验ABSTRACT-II-AbstractTheprincipleoflaserinterferenceisdescribeddeeplyandtheprincipleofTwyman-laserinterferometerisanalyzedandfindoutthestripesmadefromTwymaninterferomtricsystemareequalthicknessstripes.ATwymaninterferometricsystemismadeupfromHA-3portablelabofoptics.Differenterrorsofrightangleprismarecalculatedtofindoutdifferentinfluenceoftheseerrorstointerferometricstripes.Theerrorprincipleisusedtoanalyzethequalityoftworightangleprismsandangleerrors.ServalapplicationofTwymaninterferometerareintroducedandhavealookintheapplicationofTwyman-TV-computersystemandfindoutthemeansofmeasuringamplitudebyTwyman-TV-computersystem.ServalmeansimprovedprecisionofTwymaninterferometricsystemareresearchedtheoretically.TheresultshowsTwymaninterferometricsystemshavegreatadvantagesoverotherdevicesinmeasuringrightangleerrors.Butithasacertainlimitationsonmeasuringsurfaceerrorprecisely.ThisTwymaninterferometricsystemcanassessthequalityofsurfaceandtherightangleerrorrapidly,soithasalittleofpracticability.Keywords:Twymaninterferometer;Rightangleprism;Interferometrictest广东海洋大学2006届本科生毕业论文-１-激光泰曼干涉的研究与应用1绪论由两束或者多束光波叠加的区域，某点振动始终加强，另一些点振动始终减弱，形成在波区域的稳定的光强强弱分布的现象，称为光的干涉。光的干涉是光的波动性的重要体现。光的干涉一般分为等倾干涉和等厚干涉，泰曼干涉主要的干涉条纹是等厚干涉条纹。光干涉技术作为一种精密、有效的计量测试技术，是产品检测和质量监控的重要手段。早先的光干涉技术主要用于可见光范围，随着激光技术、光电探测技术的进步，为适应红外技术、光学工程技术发展的要求，红外干涉仪器和激光干涉仪器的研究与应用日益为人们所重视。激光泰曼干涉仪是迈克耳逊干涉仪的改型，用于检验光学零件（或光学系统）的综合质量。检验原理是通过研究光波波面经光学零件后的变形来确定零件的质量。泰曼干涉仪有多中用途，如检测光学材料的折射率均匀性；测量光学系统的波像差；评价光学系统的成像质量；检测光学零件抛光前粗糙表面的面型偏差、金刚石磨削表面的面型偏差；检测微米量级相当的光电子器件和精密机械零件的面行，如光盘基片与计算机硬盘的表面面型（平整度）。激光泰曼干涉仪也适合于测试大孔径、长焦距的光学元件。从20世纪80年代至今，国外的光学干涉仪研究已经走向了实用化、智能化，国内的相关研究也走进了重要时期。泰曼干涉仪是光学检测中最重要的的仪器之一，因此泰曼干涉系统有非常高的研究价值.2激光泰曼干涉仪原理和特点2.1总体结构和特点本实验所搭建的激光泰曼干涉系统是由HA-3型便携式光学实验器件组成。构建本实验，是要分析泰曼干涉系统的各种误差，以判断泰曼干涉系统的实用性。激光泰曼干涉仪的三维示意图如图2-1所示：广东海洋大学2006届本科生毕业论文-２-图2-1仪器的工作光路示意图如图2-2所示：图2-2仪器所在的光学隔震台的规格如下：由间隔为25mm的阵列M6螺孔的375*300*10mm3轻质铝板和专用隔震气垫构成，达到了近临界阻尼状态，具有优异隔震性能。铝板应置于隔震垫正中，与箱体有一间距。本光学系统所备调整架在保证具有更大的通光口径要求下实现两维独立微调和高低可调，完全满足了精密干涉仪的调整要求。反射镜及分光镜调整夹具，是本实验的光波方向的精密调整夹具，它由镜片架和固定支架用三组螺钉和弹簧连接。调整范围控制螺钉置于正上方，预置两支架间隔从而控制角度调整范围；水平方向及垂直方向角调整螺钉分置于倾45°对角线上。光源选用2mW的He-Ne激光管，工作波长λ=632.8nm；1选用的是40Ｘ的扩束镜；m1选用Ф30的全反镜；m2、m3选用Ф40mm全反镜；BS选用的是Ф40mm的分光镜，用于光束转折；L2选用准直成像透镜。广东海洋大学2006届本科生毕业论文-３-2.2光学系统的各种干涉条纹及成像原理2.2.1等倾干涉原理如图2-3所示，给出利用平板获得的分阵幅干涉。扩展光源上的一点S发出的一束光经平行平板的上、下表面的反射和折射后，在透镜后焦面P相遇产生干涉。