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教你“手搓”实验仪器-白光干涉仪

教你“手搓”实验仪器-白光干涉仪 锐光凯奇raycage
2024-07-09
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导读：你是否在为实验做不出来痛苦不已，你是否理论早已烂熟于心，等到真正动起手来却无从下手；如果你正在为此感到烦恼，那么《教你手搓实验仪器》系列将是你不错的选择。
你是否在为实验做不出来痛苦不已，你是否理论早已烂熟于心，等到真正动起手来却无从下手；如果你正在为此感到烦恼，那么《教你“手搓”实验仪器》系列将是你最佳的选择之一。有了它，90%以上的实验都可以在很短的时间内完成，再也不必花好几个月的时间来搭建实验系统了。今天就从大家耳熟能详的迈克尔逊干涉仪开始说起。
关于迈克尔逊干涉仪的理论方面，这里就不过多赘述了，之前已经推送过多期相关的内容介绍，我们直接进入主题，搭建白光迈克尔逊干涉仪：
迈克尔逊干涉仪的光路图如下：

图一：迈克尔逊干涉仪光路图
搭建之前我们首先将需要的器件准备好，并按照光路图所示摆放：

图二：所需器件及放置位置
如图所示，接下来先介绍一下用到的器件，首先是支撑整个系统的机械件--多孔抱闸固定支撑座。

图三：多孔抱闸固定支撑座
专利号：ZL201410117147.9
多孔固定支撑座一共有4种：无孔、单孔、两孔、三孔；都起支撑作用，只是孔数和高度不一样，根据系统里面器件尺寸选择合适的光轴高度即可，支撑座中间的大孔为通光孔，光线从正中间通过，支撑座与支撑座通过笼杆连接之后，同一个高度通光孔之间高度重合，正确固定之后XY及俯仰误差比较小。支撑座两边的小孔为笼杆孔，笼杆通过这些小孔固定，区别于顶丝缩紧，这种有开口的锁紧方式更加稳定，采用这种方式可以很大程度上避免干涉条纹的抖动，提高系统稳定性。
接下来是连接系统和支撑光学元件的器件：外径6mm笼杆。

图四：外径6mm笼杆
此处使用的笼杆具有高硬度、高强度、耐磨、耐高温等显著优点，使用过程中几乎没有形变，对温度变化不敏感。使用这种笼杆搭建包括全息、显微、干涉等系统时，从零开始到完全结束，都只需要几天时间，并且放置半年以上都有非常强的信号。
下面是干涉仪的核心部件：分光棱镜装卡

图五：直角转折立方棱镜固定架
分光棱镜可以将入射光分为两束，固定分光棱镜的机械件除了用于固定分光棱镜之外，还起着连接横纵光轴的重要作用，如何将分光棱镜固定准确，让光垂直入射，以及如何使系统稳定连接，主要都靠立方棱镜固定架。
下面是反射镜的装卡，两个反射镜一个为定镜，参考镜，一个为动镜，由于白光相干长度比较短，动镜需要加上微调结构。

图六：二维俯仰角调节架

图七：同轴调节台
反射镜装卡放置在笼杆上，两束光之间的夹角很重要，所以需要二维俯仰角调节，并且两个反射镜都可以在笼杆上滑动，用于粗调光程差。
剩下的器件有激光器、白光led、透镜、准直小孔。
透镜：用于将平面波变为球面波。
准直小孔：用于激光器准直，调光路第一步需要确保光源沿着系统光轴传播，可以使用小孔准直。
单孔可插拔滑动架：用于将透镜、小孔灵活安装在系统上，不需要的时候可以移除。
器件基本认识完毕了，接下来将器件使用笼杆连接起来

图八
将激光器放上，并使用两个小孔准直

图九
调节定镜，使其反射光沿着光轴打入后方小孔中心。

图十
取下小孔和卡片，调节动镜俯仰，即可出现干涉条纹。

图十一
放上透镜，出现干涉圆环，干涉圆环数量和粗细受两个反射镜之间的光程差影响，光程差越小，条纹数量越少，条纹越粗。

图十二
调节动镜Z维度，调整干涉圆环尽可能大，数量尽可能少，以便接近零光程。

图十三
取下激光器，放上白光led，缓慢调节动镜微分头，即可出现白光干涉。

图十四
到此，白光干涉仪就调节完毕。至于利用白光干涉仪的零级条纹，可以实现定量检测，将在《教你“手搓”实验仪器》系列后续专门介绍。
《教你手搓实验仪器》系列后续将持续更新，从简单到复杂，有干涉、有成像、有显微成像、外差测量等，感兴趣的读者可以持续关注。小编持续分享调节光路的技巧。

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锐光凯奇（镇江）光电科技有限公司
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