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

《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》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、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班级：光通信082班姓名：曾茂桃学号：指导老师：朱海东一、设计内容与目的1.1、基于光的干涉原理，理解干涉测量法的原理及方法，了解典型的双光束的干涉装置，熟悉泰曼-格林系统的工作原理；2、了解探测器的设计原理及探测器的分类，综合应用所学的光学知识，利用干涉测量法测量钢丝由于加热而产生的微小伸长量；二、光路设计原理（1）光的干涉1、光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内形成的强弱强度分布的现象。两列单色线偏振光E1=E01cos(w1t-k1×r+j01)E2=E02cos(w2t

2、-k2×r+j02)在P点相遇，E1与E2振动方向间的夹角为q，则在P点处的总光强为I=I1+I2+2I1I2cosqcosj=I1+I2+2I1I2式中I1、I2是两束光的光强；j是两束光的相位差，且有j=k2×r-k1×r+j01-j02+DwtDw=w1-w2I12=I1I2cosqcosj由此可见两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。2、产生干涉的条件：（1）两束光波的频率应当相同；（2）两束光波在相遇处

3、的振动方向应当相同；（3）两束光波在相遇处应有固定不变的相位差。因此必须利用同一发光点发出的光波分离成的两束相干光波在波列长度范围内重叠才能满足上述基本条件。各种不同光源发出的光波的波列长度是不同的，普通单色光源的波列长度约为100—200mm,因此其光程差不能超过100-200mm，否则得不到干涉条纹。激光的波列长度比普通但是光源要长的多，所以用激光光源可以在很大光程差下得到干涉条纹。这三个条件就是两束光波发生干涉的必要条件，通常称为相干条件。3、实现光束干涉的基本方法：（1）分波面法：将一个波列的波面分成两部分或几部分，由这一部分发出的波

4、再相遇时，必然会产生干涉现象。杨氏双缝干涉实验就是应用的这种原理。（2）分振幅法：利用透明薄板的第一、二表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅4.干涉仪器迈克尔逊干涉仪上图是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M2是固定的；M1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。G

5、2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M1前进，透射光⑵透过G1向着M2前进，这两束光分别在M1、M2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。由M1反射回来的光波在分光板G1的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M1在M2附近形成M1的虚像M2′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M1和M2的反射相当于自M1和M2′的反射。

6、由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。当M1和M2′平行时(此时M1和M2严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M1和M2形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的等厚干涉条纹。法布里—珀罗干涉仪光谱分辨率极高的多光束干涉仪。由法国物理学家C.法布里和A.珀罗于1897年发明的。其结构如右图，M1和M2是两块具有很小楔角的平板玻璃，相对两面互相平行，并涂有高反射率涂层，两板间用殷钢环隔离并固定。这种间距固定不变的干涉仪常称作标准具。入射光在相对两面上反复反射和折射后产生多束相干反射光和透射光，透

7、射光束在透镜的焦面上叠加，形成等倾圆环状干涉条纹。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—泽德干涉仪则没有这种返回光源的光。马赫—泽德干涉仪的结构如右图，BS是两块分别具有半反射面的平行平面玻璃板，L1、L2是两块平面反射镜，四个反射面通常安排成近乎平行，其中心分别位于一个平行四边形的四个角上，光源L置于透镜CL的焦点上。L发出的光束经SF准直后在BS上分成两束，他们分别由L1、BS反射和由L2反射、BS透射，

8、进入透镜SC，出射的两光相遇，产生干涉。三.光路系统设计本设计采用泰曼—格林干涉系统来对钢丝的增长的微位移进行前端信息采取,由于模—数光电变换系统相对模拟光电变换系