CN111665620A - 一种迈克尔逊干涉仪测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种迈克尔逊干涉仪测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

一种迈克尔逊干涉仪测量装置及其测量方法，包括底座、试验台和数显卡尺，试验台通过支撑柱固定在底座的上表面上，底座的四个顶角处开设有螺纹槽孔，每个螺纹槽孔内均螺纹连接有调平螺钉，试验台的上表面开设有轨道安装槽，轨道安装槽内沿垂直于试验台前侧边的方向固定两平行轨道，两平行轨道上滑动跨接有滑动块，滑动块上固定有M2平面镜，试验台后部依次设置有分束镜、补偿镜和M1平面镜，M1平面镜与M2平面镜垂直设置，分束镜的后方通过支架设置观察屏，轨道安装槽内转动连接有丝杠，发明通过在丝杠上设置齿轮将M2平面镜移动转换为齿条移动，直接由固定在齿条上方的数显卡尺测得移动量，操作简单，齿轮传递准确，能够快速完成读数。

Description

一种迈克尔逊干涉仪测量装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及干涉仪器，尤其涉及一种迈克尔逊干涉仪测量装置及其测量方法。
背景技术
迈克尔逊干涉仪是利用光的干涉现象进行微小长度及其变化测量的精密仪器，其测量精度可达半个光学波长，迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。干涉条纹是等光程差点的轨迹，因此，要分析某种干涉产生的图样，必求出相干光的光程差位置分布的函数。G2是一面镀上半透半反膜，G1为补偿板，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可以向前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm，M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1'严格平行时，M2会移动,表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“吞进”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”。M2和M1'不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，在M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离d与条纹移动数N的关系满足：d＝Nλ/2，λ为入射光波长。
通常迈克尔逊干涉仪分为带锁和不带锁两种，一般带锁的迈克尔逊干涉仪可以保证手轮和微动鼓轮的对应关系，但操作复杂不易掌握，往往因为操作不当导致实验失败；不带锁的迈克尔逊干涉仪，其手轮和微动鼓轮架靠摩擦传动，每粗调一次手轮，而微动鼓轮是不动的，二者就没有对应关系而产生错位，导致无法读数。
发明内容
本发明为解决上述问题提供了一种测量难度底，操作便捷的迈克尔逊干涉仪测量装置及其测量方法。
本发明所采取的技术方案：
一种迈克尔逊干涉仪测量装置，包括底座、试验台和数显卡尺，试验台通过支撑柱固定在底座的上表面上，底座的下表面四个顶角处开设有螺纹槽孔，每个螺纹槽孔内均螺纹连接有调平螺钉，试验台的上表面开设有轨道安装槽，轨道安装槽内沿垂直于试验台前侧边的方向固定两平行轨道，两平行轨道上滑动跨接有滑动块，滑动块上固定有M2平面镜，试验台后部依次设置有分束镜、补偿镜和M1平面镜，M1平面镜与M2平面镜垂直设置，分束镜的后方通过支架设置观察屏，轨道安装槽内在两平行轨道两端连接的侧壁间转动连接有丝杠，且丝杠的一端从轨道安装槽侧壁贯穿，并穿出试验台的前侧壁在端头依次连接有齿轮和调节手轮，在轨道安装槽内的丝杠上套接丝母，丝母的顶部与滑动块底部固定连接，试验台前侧壁上齿轮的下方固定有齿条安装板，齿条安装板上开设有齿条滑槽，齿条滑槽内滑动连接有齿条，齿条与齿轮转至底部的齿牙啮合，试验台前侧壁上固定有测量齿条运动距离的数显卡尺。
所述的调平螺钉的底部固定有防滑胶垫。
所述的试验台前侧壁上齿条安装板的上方固定有卡尺固定板，卡尺固定板上固定测量头朝下数显卡尺。
所述的数显卡尺的可移动测量头与齿条的右端头贴合连接。
所述的齿轮的直径大于调节手轮的直径，齿轮的齿距为丝杠的螺距2倍，齿条移动距离为滑动块移动距离的2倍，丝杠为零间隙的2mm导程的高精度滚珠丝杠。
所述的分束镜的一个表面镀有半发射金属膜。
所述的补偿镜包括补偿镜A和补偿镜B，补偿镜A和补偿镜B通过定位轴固定在试验台上。
所述的补偿镜A与补偿镜B之间呈90°角设置，且补偿镜A和补偿镜B均与M2平面镜间呈45°角设置。
一种迈克尔逊干涉仪测量方法，其步骤为：
a.单色光源照射分束镜，旋拧调节手轮使丝杠转动，带动轨道上连接的滑动块移动，使得滑动块上的M2平面镜在丝杠的作用下产生位移，直至调出干涉条纹，丝杠转动的同时齿轮也发生转动，与齿轮啮合的齿条发生位移，并由数显卡尺直接测得位移量为S1；
b.计算M2平面镜移动距离，齿轮的齿数为n，M2平面镜移动距离为S＝S1/2。
本发明的有益效果：本发明通过在丝杠上设置齿轮将M2平面镜移动转换为齿条移动，直接由固定在齿条上方的数显卡尺测得移动量，操作简单，齿轮传递准确，能够快速完成读数。
附图说明
图1为本发明的结构俯视图。
图2为本发明的结构主视图。
其中：1-试验台；2-分束镜；3-观察屏；4-补偿镜A；5-定位轴；6-补偿镜B；7-M1平面镜；8-轨道安装槽；9-丝杠；10-滑动块；11-M2平面镜；12-轨道；13-齿条安装板；14-齿条滑槽；15-齿条；16-调节手轮；17-齿轮；18-可移动测量头；19-数显卡尺；20-卡尺固定板；21-底座；22-调平螺钉；23-支撑柱。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
一种迈克尔逊干涉仪测量装置，包括底座21、试验台1和数显卡尺19，试验台1通过支撑柱23固定在底座21的上表面上，底座21的下表面四个顶角处开设有螺纹槽孔，每个螺纹槽孔内均螺纹连接有调平螺钉22，试验台1的上表面开设有轨道安装槽8，轨道安装槽8内沿垂直于试验台1前侧壁的方向固定两平行轨道12，两平行轨道12上滑动跨接有滑动块10，滑动块10上固定有M2平面镜11，试验台1后部依次设置有分束镜2、补偿镜和M1平面镜7，M1平面镜7与M2平面镜11垂直设置，分束镜2的后方通过支架设置观察屏3，轨道安装槽8内在两平行轨道两端连接的侧壁间转动连接有丝杠9，且丝杠9的一端从轨道安装槽8侧壁贯穿，并穿出试验台1的前侧壁在端头依次连接有齿轮17和调节手轮16，在轨道安装槽8内的丝杠9上套接丝母，丝母的顶部与滑动块10底部固定连接，试验台1前侧壁上齿轮17的下方固定有齿条安装板13，齿条安装板13上开设有齿条滑槽14，齿条滑槽14内滑动连接有齿条15，齿条15与齿轮17转至底部的齿牙啮合，试验台1前侧壁上固定有测量齿条15运动距离的数显卡尺19。
所述的调平螺钉22的底部固定有防滑胶垫。
所述的试验台1前侧壁上齿条安装板13的上方固定有卡尺固定板20，卡尺固定板20上固定测量头朝下数显卡尺19。
所述的数显卡尺19的可移动测量头18与齿条15的右端头贴合连接。
所述的齿轮17的直径大于调节手轮16的直径，齿轮17的齿距为丝杠9的螺距2倍，齿条15移动距离为滑动块10移动距离的2倍，丝杠9为零间隙的2mm导程的高精度滚珠丝杠。
所述的分束镜2的一个表面镀有半发射金属膜。
所述的补偿镜包括补偿镜A4和补偿镜B6，补偿镜A4和补偿镜B6通过定位轴5固定在试验台1上。
所述的补偿镜A4与补偿镜B6之间呈90°角设置，且补偿镜A4和补偿镜B6均与M2平面镜11间呈45°角设置。
工作原理：丝杠9旋转一周移动块10前进的进程为2mm，丝杠9上的齿轮17与丝杠9同轴心，丝杠9旋转一周齿轮17也将旋转一周，齿轮17的齿距为丝杠9螺距的2倍，则丝杠9旋转一周后，齿条15移动距离为齿距×齿数，即2×螺距×齿数，所以移动块10移动的距离为齿条15移动距离的1/2×齿数。
一种迈克尔逊干涉仪测量方法，其步骤为：
a.单色光源照射分束镜2，旋拧调节手轮16使丝杠9转动，带动轨道12上连接的滑动块10移动，使得滑动块10上的M2平面镜11在丝杠9的作用下产生位移，直至调出干涉条纹，丝杠9转动的同时齿轮17也发生转动，与齿轮17啮合的齿条15发生位移，并由数显卡尺19直接测得位移量为S1；
b.计算M2平面镜11移动距离，齿轮的齿数为n，M2平面镜11移动距离为S＝S1/2n。
实施例1
一种迈克尔逊干涉仪测量装置，包括底座21、试验台1和数显卡尺19，试验台1通过支撑柱23固定在底座21的上表面上，底座21的下表面四个顶角处开设有螺纹槽孔，每个螺纹槽孔内均螺纹连接有调平螺钉22，试验台1的上表面开设有轨道安装槽8，轨道安装槽8内沿垂直于试验台1前侧壁的方向固定两平行轨道12，两平行轨道12上滑动跨接有滑动块10，滑动块10上固定有M2平面镜11，试验台1后部依次设置有分束镜2、补偿镜和M1平面镜7，M1平面镜7与M2平面镜11垂直设置，分束镜2的后方通过支架设置观察屏3，轨道安装槽8内在两平行轨道两端连接的侧壁间转动连接有丝杠9，且丝杠9的一端从轨道安装槽8侧壁贯穿，并穿出试验台1的前侧壁在端头依次连接有齿轮17和调节手轮16，在轨道安装槽8内的丝杠9上套接丝母，丝母的顶部与滑动块10底部固定连接，试验台1前侧壁上齿轮17的下方固定有齿条安装板13，齿条安装板13上开设有齿条滑槽14，齿条滑槽14内滑动连接有齿条15，齿条15与齿轮17转至底部的齿牙啮合，试验台1前侧壁上固定有测量齿条15运动距离的数显卡尺19，所述的齿轮17的直径大于调节手轮16的直径，齿轮17的齿距为丝杠9的螺距2倍，齿条15移动距离为滑动块10移动距离的2倍，丝杠9为零间隙的2mm导程的高精度滚珠丝杠，测量时先将单色光源照射分束镜2，旋拧调节手轮16使丝杠9转动，带动轨道12上连接的滑动块10移动，使得滑动块10上的M2平面镜11在丝杠9的作用下产生位移，直至调出干涉条纹，丝杠9转动的同时齿轮17也发生转动，与齿轮17啮合的齿条15发生位移，并由数显卡尺19直接测得位移量为S1，计算M2平面镜11移动距离，齿轮的齿数为40，则M2平面镜11移动距离为S＝S1/2×40。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，包括底座(21)、试验台(1)和数显卡尺(19)，试验台(1)通过支撑柱(23)固定在底座(21)的上表面上，底座(21)的下表面四个顶角处开设有螺纹槽孔，每个螺纹槽孔内均螺纹连接有调平螺钉(22)，试验台(1)的上表面开设有轨道安装槽(8)，轨道安装槽(8)内沿垂直于试验台(1)前侧壁的方向固定两平行轨道(12)，两平行轨道(12)上滑动跨接有滑动块(10)，滑动块(10)上固定有M2平面镜(11)，试验台(1)后部依次设置有分束镜(2)、补偿镜和M1平面镜(7)，M1平面镜(7)与M2平面镜(11)垂直设置，分束镜(2)的后方通过支架设置观察屏(3)，轨道安装槽(8)内在两平行轨道(12)两端连接的侧壁间转动连接有丝杠(9)，且丝杠(9)的一端从轨道安装槽(8)侧壁贯穿，并穿出试验台(1)的前侧壁在端头依次连接有齿轮(17)和调节手轮(16)，在轨道安装槽(8)内的丝杠(9)上套接丝母，丝母的顶部与滑动块(10)底部固定连接，试验台(1)前侧壁上齿轮(17)的下方固定有齿条安装板(13)，齿条安装板(13)上开设有齿条滑槽(14)，齿条滑槽(14)内滑动连接有齿条(15)，齿条(15)与齿轮(17)转至底部的齿牙啮合，试验台(1)前侧壁上固定有测量齿条(15)运动距离的数显卡尺(19)。
2.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的调平螺钉(22)的底部固定有防滑胶垫。
3.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的试验台(1)前侧壁上齿条安装板(13)的上方固定有卡尺固定板(20)，卡尺固定板(20)上固定测量头朝下数显卡尺(19)。
4.根据权利要求3所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的数显卡尺(19)的可移动测量头(18)与齿条(15)的右端头贴合连接。
5.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的齿轮(17)的直径大于调节手轮(16)的直径，齿轮(17)的齿距为丝杠(9)的螺距2倍，齿条(15)移动距离为滑动块(10)移动距离的2倍，丝杠(9)为零间隙的2mm导程的高精度滚珠丝杠。
6.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的分束镜(2)的一个表面镀有半发射金属膜。
7.根据权利要求1所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的补偿镜包括补偿镜A(4)和补偿镜B(6)，补偿镜A(4)和补偿镜B(6)通过定位轴(5)固定在试验台(1)上。
8.根据权利要求7所述的迈克尔逊干涉仪测量装置，其特征在于，所述的补偿镜A(4)与补偿镜B(6)之间呈90°角设置，且补偿镜A(4)和补偿镜B(6)均与M2平面镜(11)间呈45°角设置。
9.一种迈克尔逊干涉仪装置的测量方法，其特征在于，其测量步骤为：
a.单色光源照射分束镜2，旋拧调节手轮16使丝杠9转动，带动轨道12上连接的滑动块10移动，使得滑动块10上的M2平面镜11在丝杠9的作用下产生位移，直至调出干涉条纹，丝杠9转动的同时齿轮17也发生转动，与齿轮17啮合的齿条15发生位移，并由数显卡尺19直接测得位移量为S1；
b.计算M2平面镜11移动距离，齿轮的齿数为n，M2平面镜的移动距离为S＝S1/2n。
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