光电测量系统设计

《光电测量系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、名称：光电测量系统设计--基于干涉方法测量细钢丝发生的微小伸长量姓名：学号：班级：16一．内容：理解干涉测量法的原理及方法，利用干涉测量法测量细钢丝的微小伸长量二．干涉原理：1.干涉条件：要获得稳定的干涉条纹就必须使两束光波的频率相同，相遇处振动方向相同且有固定不变的相位差.2.原理：光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内形成稳定的强弱强度分布的现象。例如，两列单色线偏振光在空间P点机遇，它们的振动方向间的夹角为θ，则在P点处的总光强为式中，I1，I2是二光束的光强；φ是二光束的相位差，且有由此可见，二光束叠加后的总强度并不等于这两列波的强度和，而是多了一项交叉项I12，它反映

2、了这两束光的干涉效应，通常称为干涉项。干涉现象就是指这两束光在重叠区内形成的稳定的光强分布。所谓稳定，是指用肉眼或记录仪器能观察到或记录到条纹分布，即在一定时间内存在着相对稳定的条纹分布。显然，如果干涉项I1612远小于两光束光强中较小的一个，就不容易观察到干涉现象；如果两束光的相位差随时间变化，使光强度条纹图样产生移动，且当条纹移动的速度快到肉眼或记录仪器分辩不出条纹图样时，就观察不到干涉现象了。三．干涉仪器：1.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光波振幅的方法实现干涉的精密光学仪器．具有结构简单、光路直观、精度高等特点，其调整和使用具有典型性．根据迈克尔逊干涉仪的基本原理发展

3、的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域．自1881年问世以来，迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验：否定“以太”的迈克尔逊—莫雷实验；光谱精细结构；利用光波波长标定长度单位．图中M1和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M1是固定的；M2由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G1，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G1又称为分光板。G2也是平行平面玻璃板，与G1平行放置，厚度和折射率均与G1相同。由于它补

4、偿了光线⑴和⑵因穿越G1次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。从扩展光源S射来的光在G1处分成两部分，反射光⑴经G1反射后向着M2前进，透射光⑵16透过G1向着M1前进，这两束光分别在M2、M1上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。迈克耳逊干涉仪等倾干涉光路1.马赫-泽德干涉仪马赫-泽德干涉仪也是一种分振幅干涉仪，与迈克尔逊干涉仪相比，在光通量的利用率上，大约要高出一倍。这是因为在迈克尔逊干涉仪中，有一半光通量将返回到光源方向，而马赫—泽德干涉仪却没有这种返回光源的光。163．法布里—珀罗干涉仪法布里—珀罗干涉仪主要由

5、两块平行放置的平面玻璃板或石英板G，G’组成，两板的内表面镀银或铝膜，或多层介质膜以提高表面反射率。为了得到尖锐的条纹，两镀膜面就精确地保持平行，其平行度一般要求达到（1/20—1/100）λ。干涉仪的两块玻璃板（或石英板）通常制成有一个小楔角（1’~10’），以避免没有镀膜表面产生的反射光的干扰。如果两板之间光程可以调节，这种干涉装置称为法布里—珀罗干涉仪；164.泰曼-格林干涉仪泰曼-格林干涉仪是检测光学元件的重要仪器，由L1给出一束平行准单色光，经分束板P分成两束相互垂直的反射光和透射光，前者入射到平面镜M1后，沿原路返回再经分束板到达投射物镜L2。透射光束经过处于最小偏向角位置的

6、棱镜P2后，垂直入射到平面镜M2上，经M2反射后，经原路返回，并由分束板P反射到达投射物镜L2。若棱镜是完善的，则在L2后焦平面处看到一均匀的视场，如棱镜有缺陷，两次通过棱镜的平行光的波面发生形变，与M1反射的光发生干涉。被检测的光学元件可以是平板或透镜。5.斐索干涉仪四．测量原理：16光电测量系统中的光路部分的设计有两种方法：干涉测量法和衍射测量法。这两种测量方法所适用的测量对象不同，干涉测量法主要用来测位移，衍射测量法主要用来测形变。本次设计采用干涉测量法。（一）光的干涉：1.干涉原理：一束光可以被视作为振动的电磁波。当两束或更多束光在空间相遇时，根据叠加原理，这些场叠加起来。也就是

7、说在空间每一点，其电磁场是由在该点的各光束电磁场的矢量之和决定。如果每束光都来自不同的光源，则各光束电磁振动之间通常不存在固定的联系，任一时刻空间都有一些点的场强被叠加至最大。然而可见光的振动频率大大快于人眼的响应，由于电磁波的振动之间没有固定关系，某一时刻场强最大的一点，在下一时刻可能场强最小，人眼平均了这些结果而看到一个统一的光强。如果各光束来自同一光源，则各光束电磁振动频率和相位之间通常存在一定程度的关联。若空间某点各光束的光