一种迈克尔逊干涉仪教学平台制造技术

本发明专利技术公开了一种迈克尔逊干涉仪教学平台，包括迈克尔逊干涉光学系统、干涉条纹感知系统、机械传动系统和总体控制系统，所述迈克尔逊干涉光学系统分别与干涉条纹感知系统、机械传动系统相连；所述干涉条纹感知系统和机械传动系统相连；所述机械传动系统和总体控制系统相连。本发明专利技术使用效果好，可以实现高效快速的光路调整，使得学生可以快速地观察到稳定地干涉条纹，并通过自动控制电机平移实现平面反射镜的稳定运动，使干涉条纹清晰稳定地“吞吐”。。

【技术实现步骤摘要】
一种迈克尔逊干涉仪教学平台


[0001]本专利技术涉及光学仪器
，具体为一种迈克尔逊干涉仪教学平台。

技术介绍

[0002]迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪中最常见的一种，也是大学物理实验中必教的光学干涉仪之一。
[0003]目前开展的迈克尔逊干涉仪实验，受实验平台的限制，难以迅速地调节实现发生干涉的两束光光强相同，导致干涉条纹对比度较差，使得学生调整光路的时间过长，实验成功率较低。即使观察到干涉条纹，在读取条纹过程中，也需要非常小心的转动丝杠的细调旋钮，这是因为条纹对于旋钮的转动、振动等敏感性强，仪器的稳定性不足，条纹经常突然快速地闪过，将大大增加实验操作的难度，从而背离了实验课开设的初衷，因此，改进迈克尔逊干涉仪教学实验平台是非常必要的
[0004]针对现有技术所存在的上述技术缺陷，目前缺少一种，可以对迈克尔逊干涉仪中的相关光路进行重新设计，可以实现高效快速的光路调整，使得学生可以快速地观察到稳定地干涉条纹，并通过自动控制电机平移实现平面反射镜的稳定运动，使干涉条纹清晰稳定地“吞吐”的自适应型迈克尔逊干涉仪教学平台。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种迈克尔逊干涉仪教学平台，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种迈克尔逊干涉仪教学平台，包括迈克尔逊干涉光学系统、干涉条纹感知系统、机械传动系统和总体控制系统，其特征在于：所述迈克尔逊干涉光学系统分别与干涉条纹感知系统、机械传动系统相连；所述干涉条纹感知系统和机械传动系统相连；所述机械传动系统和总体控制系统相连。
[0007]优选的，所述迈克尔逊干涉光学系统包括激光扩束准直子系统和偏振干涉子系统，所述激光扩束准直子系统包括激光光源、第一凸透镜、第二凸透镜；所述第一凸透镜设置在激光光源一侧，所述第一凸透镜一侧设置有第二凸透镜，通过将第一凸透镜将激光光源发出的激光汇聚到第一凸透镜焦点；再采用第二凸透镜将光束扩大的同时变为平行光或接近平行光，从而同时实现激光扩束准直，扩束倍率为凸透镜的焦距与凸透镜的焦距之比。
[0008]所述偏振干涉子系统包括第一平面镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片、偏振分光棱镜、第二平面镜和偏振片，所述偏振干涉子系统与所述激光扩束准直子系统相连，所述第二凸透镜表面一侧设置有第一四分之一波片，所述第一四分之一波片一侧设置有第一平面镜，所述第一四分之一波片远离第二凸透镜的一侧设置有第二四分之一波片，所述第二四分之一波片与第二凸透镜之间设置有偏振分光棱镜、所述第二四分之一波片远离偏振分光棱镜的一侧设置有第二平面镜，所述偏振分光棱镜外侧设置有棱镜夹紧机构，偏振干涉子系统的基本原理与普通的迈克尔逊干涉仪原理相似，本质上是偏振光的迈克尔逊干
涉现象，即激光扩束准直子系统所发出的激光通过偏振分光棱镜后将两种偏振态不同的光分离从而互不影响，同时两束光在玻璃中经过的光程相等，可以去掉补偿镜，激光通过偏振分光棱镜后分为两路偏振态不同的线偏光，测量臂线偏光通过第一四分之一波片变为圆偏光，经第一平面镜反射后再次通过第一四分之一波片，参考臂线偏光通过第二四分之一波片变为圆偏光，经第二平面镜反射后再次通过第二四分之一波片，最后偏振分光棱镜合束后，此时两束光由于经过测量臂和参考臂的环境情况不同，其衰减情况不同，光强一般不会相同，使得干涉条纹对比度不强。而通过旋转偏振片可以连续调整发生干涉的两束光的光强，使其强度相近，从而实现高对比度的干涉条纹。
[0009]优选的，所述干涉条纹感知系包括接收器装置，所述偏振片一侧设置有接收器，通过接收器用于获取干涉条纹信息。
[0010]优选的，所述机械传动系统包括电机丝杠、微进给机构、角位移台和旋转位移台；所述电机丝杠包括电机、联轴器、螺母台、丝杠，用于实现平面镜M的大位移移动；所述偏振分光棱镜下端设置有电机，所述电机一侧设置有螺母台，所述螺母台下端设置有导轨，所述螺母台活动卡合设置在导轨上端，所述导轨之间通过轴承活动设置有丝杆，所述电机的输出轴端通过联轴器与丝杆之间传动连接，所述螺母台内部通过螺纹活动套设在丝杆外侧表面；
[0011]所述螺母台上端设置柔性机构连接板，所述柔性机构连接板上端设置有有微进给机构，所述微进给机构包括角位移台、旋转位移台、桥式位移放大机构、直圆柔性铰链、运动平台、运动解耦机构、固定基体，压电陶瓷、垫块，所述螺母台上端设置有角位移台，所述角位移台上端设置有旋转位移台，所述旋转位移台上端与第一平面镜之间固定连接，所述旋转位移台内部设置有桥式位移放大机构，所述桥式位移放大机构内部设置有直圆柔性铰链，桥式位移放大机构一侧设置有运动平台，所述运动平台一侧设置有运动解耦机构，所述运动解耦机构通过板簧与直圆柔性铰链之间铰接相连，所述桥式位移放大机构的两侧设置有固定基体，用于将微进给机构安装在螺母台上，所述压电陶瓷设置在桥式位移放大机构的内侧，所述压电陶瓷一侧设置有垫块，通过垫块可以对压点陶瓷进行预紧，从而保证运动过程中压电陶瓷与微进给机构始终接触，为了保证机构运动精度，用于实现第一平面镜的精密移动；
[0012]电机丝杠用于实现第一平面镜的大位移移动，采用带有编码盘的步进电机，驱动丝杠产生旋转运动，进而致使螺母台产生一定的平移移运动，调节第一平面镜至中心偏振分光棱镜的距离，直至接收器生成清晰干涉条纹；
[0013]微进给机构用于第一平面镜的精密移动，通过基于柔性铰链的微进给柔性机构，并利用压电陶瓷驱动，使得第一平面镜产生精密移动，进而实现接收屏干涉条纹的吞吐，根据精密移动位移与条纹的吞吐个数计算激光波长。
[0014]角位移台利用涡轮蜗杆传动与燕尾槽导轨驱动平台产生俯仰运动。
[0015]旋转位移台利用千分尺的精密螺纹副驱动平台产生旋转运动。
[0016]优选的，所述总体控制系统包括电荷放大器、电机驱动器、电机电源、采集卡、上位机；
[0017]上位机实现数据读取和运动控制：通过上位机及采集卡，利用人机交互界面实现步进电机及微进给机构的运动控制，人机交互界面，使上位机获取操作者输入的平台移动
信息，通过软件程序计算，用采集卡输出，调整大行程和微进给机构，控制平台运动。
[0018]整体运动工作台采用采集卡、电机驱动器及步进电机进行驱动，实现工作台大行程移动的速度位置控制。而相关光学器件的调整，采用前馈控制方法，采用采集卡输出控制信号，控制压电陶瓷工作实现第一平面镜的微进给。
[0019]优选的，所述偏振分光棱镜下端设置有光学元件支撑座，所述光学元件支撑座下端设置有光学平板。
[0020]一种自适应迈克尔逊干涉仪教学平台的使用方法：
[0021]第一步：台式PC机开机；
[0022]第二步：通电预热：打开激光器、接通步进电机电源、电荷放大器电源；
[0023]第三步：使用AdvantechXNavi检查采集卡与电脑端的连接是否通畅；
[0024]第四步：上位机的操作；
[0025]如图9所示上位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种迈克尔逊干涉仪教学平台，包括迈克尔逊干涉光学系统、干涉条纹感知系统、机械传动系统和总体控制系统，其特征在于：所述迈克尔逊干涉光学系统分别与干涉条纹感知系统、机械传动系统相连；所述干涉条纹感知系统和机械传动系统相连；所述机械传动系统和总体控制系统相连。2.根据权利要求(1)所述一种迈克尔逊干涉仪教学平台，其特征在于：所述迈克尔逊干涉光学系统包括激光扩束准直子系统和偏振干涉子系统，所述激光扩束准直子系统包括激光光源(1)、第一凸透镜(2)、第二凸透镜(3)；所述第一凸透镜(2)设置在激光光源(1)一侧，所述第一凸透镜(2)一侧设置有第二凸透镜(3)；所述偏振干涉子系统包括第一平面镜(4)、第一四分之一波片(5)、第二四分之一波片(6)、偏振分光棱镜(8)、第二平面镜(9)和偏振片(10)，所述偏振干涉子系统与所述激光扩束准直子系统相连，所述第二凸透镜(3)表面一侧设置有第一四分之一波片(5)，所述第一四分之一波片(5)一侧设置有第一平面镜(4)，所述第一四分之一波片(5)远离第二凸透镜(3)的一侧设置有第二四分之一波片(6)，所述第二四分之一波片(6)与第二凸透镜(3)之间设置有偏振分光棱镜(8)、所述第二四分之一波片(6)远离偏振分光棱镜(8)的一侧设置有第二平面镜(9)，所述偏振分光棱镜(8)外侧设置有棱镜夹紧机构(7)。3.根据权利要求(2)所述一种迈克尔逊干涉仪教学平台，其特征在于：所述干涉条纹感知系包括接收器装置(11)，所述偏振片(10)一侧设置有接收器(11)。4.根据权利要求(2)所述一种迈克尔逊干涉仪教学平台，其特征在于：所述机械传动系统包括电机丝杠、微进给机构(20)、角位移台(21)和旋转位移台(22)；所述电机丝杠包括电机(13)、联轴器(12)、螺母台(16)、丝杠(18)，所述偏振分光棱镜(8)下端设置有电机(13)，所述电机(13)一侧设置有螺母台(16)，所述螺母台(16)下端设置有导轨(17)，所述螺母台(16)活动卡合设置在导轨(17)上端，所述导轨(17)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素元，郭志永，曹轶然，窦孝杰，李泽朋，张斌，王娟，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：