迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪光路的传播途径,干涉仪在低相干光光源开始发出,通过光电检测仪一共有两条光路,两条光路具有不同的传输途径,其中一条光路在传播后经过反射到达半反半透镜,从而被透镜上的光电检测器接收到相关信号,另一束光的传播途径在经过半反半透镜反

       迈克尔逊干涉仪光路的传播途径,干涉仪在低相干光光源开始发出,通过光电检测仪一共有两条光路,两条光路具有不同的传输途径,其中一条光路在传播后经过反射到达半反半透镜,从而被透镜上的光电检测器接收到相关信号,另一束光的传播途径在经过半反半透镜反射后在实验装置右侧进行入社,从而被后续的光电检测仪收集到光源信号。在整个光路传播的过程中在信号接受装置接收到信号的强弱在一定程度上存在差异性,造成这类预测情况之外主要是由于两束光在传播过程中相互干涉造成的影响,其中一束光传播的路径较长,通过了三次半反半透镜,而另外一束光仅仅通过了一次半反半透镜,两者的光程差的不同导致信号接收数据的不同,从而以此判定出两束光出现了相互干涉。上述情况的出现在单色光相互干涉的实验中不会对结果造成影响,两束光之间存在的光程差能够通过对实验装置中干涉臂之间距离的调节进行弥补,但是复色光在传播在介质中的传播会受到光的色散的影响,在这种情况下,可以在实验装置中右侧平面镜的位置加装与半反半透镜性质相同的平行晶体进行弥补,从而在改进实验装置的基础上降低无关变量的影响。
       迈克尔逊干涉仪是宽带光源照明的重要组成部分,工作的主要原理是通过低相干光源的激光发射器发射He-Ne激光在光线耦合器中形成两束光的相互干涉,从而完成宽带光源的照明过程。而在光源发射He-Ne激光束的过程中需要通过相关装置对光路的传播途径进行调节,尤其是光的聚焦以及准直过程,干涉仪在工作的过程中需要大量运用单膜光纤耦合的方式对光路的传播过程进行调节,但是由于激光束在传播的过程中由于介质的干扰会产生一定的偏差或者影响,因此,光路传导介质的选择需要具有针对性,以单膜光纤作为光路的传播介质,从而全面提升光路在传播过程中的准确性。一般选用规格为50:50的2×2的光纤耦合器,对低相干光的传播过程进行限制,对有待测样品的样品臂设立相同性质的参考比。从而对反射的光在光纤耦合器中产生相互干涉,通过信号接收器获取相干光源的干涉信号。在获取光干涉信号的过程中,需要对反射的参考光以及出现散射的信号光进行全面收集,当两束光之间的光程差能够与满足低相干光源的标准时,才能够在光纤耦合器中产生相对于的相互干涉现象,而对于干涉信号的收集不能仅仅对参考光的干涉信息进行处理,散射光的干涉信号能够有利于实验过程中排除散射信号的影响。在光电探测器成功获取到相干光干涉信号后,需要对收集到的数据进行集成化处理,由于存在平面反射镜的一段具有的参考臂,确定反射镜的移动中心,对信号的收集进行扩大化处理,从而确定参考臂的具体位置,在此基础上光电探测器能够以局部电流的形式体现出参考臂位置的具体情况,从而对反射的干涉信号累加的干涉信号进行接收。
       通过对光电探测器接收到的干涉信息进行比较发现,对于频域较低的低相干光在干涉装置实验开展的过程中,参考臂的位置对其影响不大,对于光源移动过程中能够对内在构造情况进行全面分析,这也是频域低的相干光进行干涉实验过程具有的优势。选择不同光源的过程中,一般选择中心波长稳定在840nm左右的低相干光源,对这类相干光源进行实验的过程中,He-Ne激光束能够在不需要引导的前提下进行实验,在单膜光纤耦合器中也能够不受介质的影响。在光源通过单膜光纤耦合器后,产生的光路在平面反射器中产生光束的反射,在平面发射镜一侧的参考臂以及待测样品的样品臂分别出现反射情况。
        在实验装置中光栅的设定在一定程度也需要满足特定的条件,光栅材料的选择一般选用平行等款、栅缝相等的玻璃片或者金属片。光栅的衍射过程会在各个各个栅缝之间产生光的衍射,光的衍射能够在投影幕上呈现出明暗相间的条纹,条纹在物理学上称之为谱线,在光的衍射过程中呈现出的谱线一般随着光源波长的变化而产生相对于的改变,在光栅的作用下,复色光由于本身是不同波长光的结合体,在光栅产生的衍射也会出现不同的光谱。其中,光在通过光栅的过程中不仅仅产生的单缝衍射,还产生了双缝干涉。
       在光的衍射以及干涉过程中,在通过光栅的作用下,都会出现不同的干涉以及衍射光谱,光栅距离的选择在一定程度上控制光的衍射以及干涉,但是无法完全消除,只能够减弱光的特性的表现程度。在此实验中通过选用衍射光栅的方式对光的传播方向进行全面调节。
       其中迈克尔逊干涉仪表示入射角,迈克尔逊干涉仪表示m级衍射光束与发现的夹角,为光栅常数。在公式中,能够明显看出当光束的波长存在差异的情况下,衍射角也会呈现出相关变化,这也是目前光的衍射实验过程中对不同波长光的分类,目前在光学中常用的迈克尔逊干涉仪数值为1800线/mm。
       在进行实验的过程中,光栅的选择对实验的走向有着举足轻重的作用,在选择光栅的过程中需要全面考虑实验过程中运用的实际情况,从而对光栅的材料以及制造方式进行判断。目前我国通过单片玻璃以及单片金属制造光栅的技术相比西方发达国家还存在一定的差距,日本、台湾、美国等国家拥有更加先进的光栅制造技术,光栅的运用在目前信息化时代有着广泛的运用,主要体现在显示屏的制作过程中,并且在电视新型技术中有着普遍的运用,但是由于光栅的装配以及投入使用存在不同程度的困难,成本也较高。
目前光栅主要运用在以下几个方面:
(1)贵重物品以及历史文物的展示;
(2)大型企业的形象设计装置,高端灯管等;
(3)高清立体相片的拍摄;
(4)高端品牌产品的标签制作以及产品的包装。
迈克尔逊干涉仪
第二种是柱镜光栅
柱镜光栅的构造
       柱镜光栅的材料表面一般存在凹槽;使用的膜材也没有介质作为接触面,在玻璃上的使用较为广泛;当选择的玻璃厚度越高的情况下,越能够体现出光栅的3D立体效果。在模材选择的过程中偏向于选用PET水晶模材,由于PET模材在一定程度上较比传统的PET模材厚度更加优秀,一面较为光滑,另一面较为粗糙。除此之外,选购的板材也需要自身存在介质性,厚度的选择至少为2.5mm的片材,在特殊情况下能够使用薄膜,其厚度小于2.5mm。
       光生载流子在CMOS像素上能够以光信号的形式进行接收。由于线阵相机在一定程度上能够进行大量的光电转换,而这类光电转换模式一般是建立在像素点能够被光信号体现出连续取样的过程中。依据香农采样原理,线阵相机在工作的过程中需要保持采样的频率保持在采样提供信号标准的两倍及以上,当采样频率达不到采样标准信号的情况下,会导致不同类型的频谱出现严重的叠加情况,产生叠加的情况在很大程度上会导致整体出现混叠失真的情况。线阵相机的工作原理主要依靠不同频率的控制进行采样,而采样频率的设定以及准确值对整个工作过程有着关键性的影响。线阵相机在获取光谱信息的过程中,一般都会采用定值为采样频率,此时线阵相机处于依靠编程的自动化集成处理模式。
       对于光谱低的相干光源干涉检测过程中,一般使用高速线阵相机进行数据的采集,由于高速线阵相机的工作机制与普通传感器有很大的差别,其拍摄的机制主要通过对像素点进行抓取,由于不同像素点的感光度存在不同程度的差异性。当入射光均匀在介质中发射,采集的信息仍然无法成为一条直线,而是较为粗糙的曲线,这类情况在物理学中成为CMOS的模式噪声。
       信号处理的过程与传统的处理方式不同,光源干涉检测过程中普遍运用相位卷绕的形式,通过对复倒谱情况下乘积同态处理以及卷积处理形式,在检测过程中大量运用到“复对数”以及“复指数”的运算,在计算的过程中一般存在不同的相位数值过高的情况。因此,在对信号进行频谱剖析的过程中,需要全面考虑频谱的相位信息,从而对采集信号中瞬时频率进行估算处理。
       美国国家仪器公司(NI)研发的软件编写平台在一定程度上与BASIC语言以及C语言开发的环境大致相同,但是LabVIE语言与其它计算机语言存在一定的差异性,主要体现在代码输出情况不同,C与BASIC语言都是通过文字语言的输入编译为代码,而LabVIEW将编译过程中需要运用的工具以及内容以平台的形式搭建出来,极大简化了编译的过程。在进图形化处理、软硬件集成处理、数据流方式的过程中较比C与BASIC编译平台有着很大的优势。

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