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光学系统通用干涉仪指南

从零开始挑选光学元件，支架，底座等组建一套光学实验装置，即使是经验丰富的专家也是一件相当费力的事情。

如果是一个光学系的初学者，很可能不知道从何下手，甚至会手足无措了。
为了帮助初学者，和节省专家们的宝贵时间，我们可提供整套干涉仪或纹影法光学干涉系统的套件。
该套件可被用作初学者的入门教材，或构建光学系统的参考，也可作为实验原理验证，或产品化试验的实验装置。

常见于学校，用于教学现场的各种干涉仪，一般可以自由地改变其模块的组合排列，构建各种各样的干涉仪。此类干涉仪也可用于一般的实验验证，是光学实习的必需品

Optosigma的特点

通常，我们不容易直接观测到1微米量级的动态现象的，此时，我们会选择光学干涉仪进行观测。

例如，测量光学镜头的面精度的干涉仪，精密测量距离或位移的测长仪，需要精密测量位移变化的速度计或振动仪等，都是利用了光学干涉原理的典型仪器。

干涉仪的特点：

• 分辨率小于1微米
• 非接触（非破坏）测量
• 面（2维）测量

干涉仪的应用案例：

• 面精度测量
• 测长仪
• 速度计／振动仪

市场上销售的大部分干涉测量装置是由光学干涉部分和信号解析部分组成的。
采用*的电信号处理技术，可以同时实现高分辨率和很宽的测量范围。
但是，我们这里介绍的光学干涉装置，并不包含干涉条纹的电信号处理内容，我们重点介绍了其光学部分。因此，虽然其可观测的范围有限，但足以进行干涉计测的基础实验和理论验证。
干涉技术并不仅*于干涉计测，它在很多领域都有广泛应用。此处介绍的内容也可作为其基础实验的有益参考。

使用了干涉原理的应用例

• 外差干涉仪 (Heterodyne interferometer)
• 激光陀螺 (Laser gyroscope)
• * (Optical Coherence Tomography)
• 时间分辨干涉法 (Time-resolved interferometer)
• 全息技术 (Holography)

原理

把象激光这样的周期很规则的光分成2束后重新合成到一起就会观测到干涉现象。

这是一种波的叠加，它会出现波峰和波峰，或波谷和波谷的重叠，而导致周期性的明暗条纹。
这个干涉条纹，实际显示的是两束光的光程差。条纹的周期反映了一个波长长度（折返光路是其1半）的相位差。但是，不能根据干涉条纹识别波长整倍数部分的差异，所以实际观测到的是小于波长整倍数部分的相位差，或连续的相位变化。

选用He-Ne激光作为光源时，其波长为632.8mm，在折返式干涉仪中，一个条纹仅相当于约0.3微米。所以，应用干涉原理，可以测量微小的位移，或变形。

干涉仪的感度好，容易得到高精度的测量结果。但同时，也容易受到振动，或空气扰动等的影响。因此，干涉实验装置通常会设置在防振平台上，并置于暗室之中的。

用干涉仪测量面精度时，在光路的一侧放置被测样品，让被测面的反射波面和另一个来自基准面的波面叠加。

这样，我就会得到一个反映了被测面形状的弯曲的干涉条纹。

我们可从此干涉条纹的弯曲程度推测出被测面的面精度。

光学系统通用干涉仪的种类

迈克尔逊干涉仪 IFS2-MI-25

这是测试样品面精度的，常用的干涉仪之一。利用反射镜的2个垂直光路构造是其大的特点。
干涉条纹反映了2个反射镜镜面形状的差异。

马赫曾德干涉仪 IFS2-MZ-25

分束后的光束，经过不同的路径，用另外一个半透半反镜重新合束而成的干涉仪。它没有采用反射往复光路，是一种光束仅通过样品一次的单程干涉仪。 因此，其读数值是迈克尔逊干涉仪或斐索干涉仪的2倍。常被用于测试某样品的透过波面。

斐索干涉仪 IFS2-FZ-25

斐索干涉仪构造相对简单，干涉光路短。
与前述的2种干涉仪相比，受振动或温度变化的影响较小，工作更稳定。
常被用于测量反射表面的面精度。

摄像组件 IFS2-CMR

把屏幕组件更换为成像透镜组件和摄像头组件，就可以直接把干涉条纹读入计算机。
在选购前，请一定注意确认摄像头的焦点位置和可摄像范围。
另外，USB摄像头的感度很高，直接入射激光的话会发生饱和。
这时请在激光器侧加装调整光强的偏光滤光片，或在摄像头前加装中性滤光片。

纹影法 SRS

纹影法可以定性地观测空气流动，或玻璃内部的光学不均匀性（纹理）。
它可以通过透过光强的分布，检查出无法用肉眼直接观察到的折射率的微小差异。
可以使用摄像头把纹影法所成图像读入计算机分析处理。

喷射气流的观测

• 使用白色光源，容易得到较少噪声的，没有衍射的干涉条纹。
• 白色光源的光量相对较小，*在暗室内观测投影图。
• 改变成像透镜的焦距，或改变样品，透镜，摄像头的相对位置，可改变观测范围。选型时请注意确认所要求的观测范围。
• 光束有效口径Φ27mm​

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干涉仪组件

激光组件 IFC2-L

干涉性好，输出稳定的直线偏光。
波长：632. 8nm，功率：1mW

空间滤波器组件 IFC2-SF

经物镜汇聚的光束穿过针孔，形成一束畸变较小的发散的高斯光束。
可以除去附着在激光器上的灰尘或反射镜面等引起的波面畸变，得到更理想的球面波。

准直镜组件 IFC2-CL

把来自空间滤波器的发散光束准直为平行光束。
它不包含平台，焦点距离为300mm。

反射镜组件 IFC2-M

使用了高面精度的铝膜全反射镜，容易得到较直的干涉条纹。
内含一个平台，便于光轴调整或进行干涉条纹的相位调整实验。

半透半反镜组件 IFC2-BS

透过光和反射光的分光比为1：1，损失很小的平板型电介质膜半透半反镜。
内置一个平台，便于光轴调整。

屏幕组件 IFC2-SC

用于投影干涉条纹的200mm边长的方形白板。

成像透镜组件 IFC2-KL

将干涉条纹的图像成像到摄像头的成像透镜。
焦点距离：50mm
有效径φ25mm全部成像时的光路参数为
样品到成像镜的距离：400mm
成像镜到摄像头的距离：57.13mm
在选购时，一定注意确认观测范围。
内置一个平台，便于焦距调整。

摄像头组件 IFC2-UC

USB摄像头使用USB电缆和计算机连接后，可简单地把图像读入计算机。
内置XY轴平台，便于焦点和图像位置的调整。

滤光片组件 IFC2-AF

如果把激光束直接入射到摄像头，很容易引起摄像头的（饱和）。
这是一片1%透过率的中性滤光片，常被置于摄像头之前。

光路终端组件 IFC2-BD

半透半反镜的底面反射，或干涉仪内部的其他多重反射等杂散光，常会跑到实验台之外的地方。此组件可以安全地阻断这些杂散光的光路。使用的是吸收型的中性滤光片，所以，也可以作为普通的滤光片使用。

偏光滤光片组件 IFC2-PF

在调整光轴或图像质量时，常常需要连续调整光量的。此组件可实现激光束的光量的连续调整。如果同时使用2套的话，甚至可把光量调到接近于零。

可变光阑组件 IFC2-IR

可以把光束遮挡为圆形，或遮挡掉不需要的光线。
也可以被用作光轴调整的基准孔。

窄缝组件 SRS-SL

在纹影法中，将其放在透过样品后的光束焦点处，调整其位置或窄缝宽度，可以改善影像的对比度。

调整透镜组件 IFC2-AL

用于干涉条纹的调整，可方便地实现2个光束的平行重叠。
调整完毕后，将其从光路中取出。
焦点距离：300mm

白色光源组件 SRS-WL

用于纹影法实验中的白色光源。
使用光纤导光，光路部分不容易受到热影响。