光电测量系统设计--基于干涉方法测量压电陶瓷微小伸长量

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1、成才卩/夕色工才呈大學ChengduUniversityofInformationTechnology光电测量系统设计基于干涉方法测量压电陶瓷微小伸长量指导老师姓名学班级时间朱海东樊敏陈权2013031053电科132班2016年11月7日摘要木次实验为光屯测量系统设计，从而测量压电陶瓷rh于加热而产生的微小形变量，故需要掌握干涉和衍射的基本原理和产生条件，结合相关仪器软件完成对光电探测器的设计。首先是对通过杨氏双缝干涉，夫琅禾费衍射，PSD微小位移测量实验对理论知识的补充和了解，并对测量系统的搭建有一个人概的构思。然后在机房通过

2、仿真软件ZMAX完成扩束准直系统的设计，ZWCAD绘制出探测器的光学结构（探头主体、底座、支杆等）；最后，进行了光纤端面处理和光纤传感综合实验。关键词：光电测量系统；干涉；衍射；探测器；光纤实验论文总贝数:11J/X1.简介11.1.实验冃的及内容12.干涉及衍射原理12.1.干涉12.1.1.干涉原理12.1.2.干涉条件22.1.3.实现光束干涉的基本方法22.2.衍射22.2.1.衍射原理22.2.2.衍射分类23.干涉仪34.整体结构45.上机55.1.ZMAX仿真设计51.1.单透镜55.1.2.双透镜55.1.3.扩束

3、准直系统6探测器设计7总结106.1.实验结果及分析106.2.问题分析116.3.实验改进11结语11参考文献11简介1-1-实验目的及内容1、基于光的干涉、衍射原理，理解干涉、衍射测量法的原理及方法，了解各部分的作用并能综合运用；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压电陶瓷的微小伸长量；3、通过相关实验仪器和软件的操作完成对光电探头的设计；干涉及衍射原理2/L干涉2.1.1.干涉原理只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出

4、的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的和并，因此，不能产生干涉现彖。光的干涉是指两束或多束光在空间相遇吋，在重叠区内形成稳定的强弱强度分布的现象。例如，两列单色线偏振光耳=E01cos⑷f—心v+%)E2=E02cos(692r-k2-r+002)在空间p点相遇，它们的振动方向间夹角为&，则在p点处得总光强为/=厶+厶+2』COSCOS(P=/]+<2+2厶2式中，人，厶是二光束的光强，0是两光束的和位并，且有0=心•厂一込•厂+001_5)2+△以△c=Q]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

5、一项交叉项厶2,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朿光在重叠区内形成的稳定的光强分布。所谓稳定，就是用肉眼或记录仪器能观察到或者记录到条纹分布，即在一定吋间内存在着相对稳定的条纹分布。显然，如果干涉项厶2远小于两光束中较小一个，就不容易观察到干涉现象，如果两光束的相位差随时间变化，是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不能分辨出条纹图样时，就观察不到干涉现象了。干涉条件（1）两束光的频率应当相同（2）两束光在相遇处的振动方向应当相同（3）两束光在相遇处应有固定不变的相位差实现光束

6、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，将入射光的振幅分解成若干部分，当这些部分的光波相遇时就产生干涉。这是一种很常见的获得相干光、产生干涉的方法。22衍射2.2.1.衍射原理光波遇到障碍物以后或多或少的偏离几何必学传播定律的现彖。光在传播路径屮，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环

7、。2.2.2.衍射分类衍射现彖一般分两类：菲涅尔衍射和夫琅和费衍射。其屮夫琅和费衍射是指光源和观察者屏离开衍射物体都为无穷远时的衍射。但因为实际做不到无穷远，所以一般要求满足光源和观察屏离开衍射物体Z间的距离s都远大于laIA就能观察到夫琅和费衍射现象。其中d为衍射物体的孔径，2为光源的波长。干涉仪▽"八①图1上图是迈克尔逊干涉仪的光路示意图。图屮Ml和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平而反射镜，其屮M2是固定的；Ml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

8、，冇一与两轴成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G2也是平行平而玻璃板，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