twyman-green干涉仪

Twyman-Green干涉实验

实 验者：杨亿斌(06325107) 合作者：吴聪(06325096)

（中山大学物理系，光信息科学与技术06级3班 B19）

2009年5月19日

【实验目的】

1. 了解激光干涉测量的原理；

2. 掌握微米和亚微米量级位移量的激光干涉测量方法及应用场合； 3. 了解激光干涉测量方法的有点及应用场合。

【实验仪器】

激光器、反射镜、物镜、半反射镜、成像透镜、CMOS光电探测器、波差测试试件。

【实验原理】

1. 精密位移量的激光干涉测量方法

本实验采用Twyman-Green干涉仪是著名的迈克尔逊白光干涉仪的变形。与后者相比，它具有以下特点：

（1） 它使用两列平面波进行干涉，相干得到等厚干涉条纹 （2） Twyman-Green干涉仪只能使用单色光源。

（3） Twyman-Green干涉仪的参考光束和测试光束经过成像透镜聚焦后，受光阑限制，观察者的位

置固定。 利用Twyman-Green干涉仪可以研究反射或透射光学元件的表面形貌或波面形状，其原理图如图1所示

为了研究反射物表面形貌或其与标准平面镜的偏差，将反射物放在干涉仪的一支光路上。本实验用He-Ne激光器做光源。激光通过扩束准直系统形

Twyman-Green干涉实验

实 验者：杨亿斌(06325107) 合作者：吴聪(06325096)

（中山大学物理系，光信息科学与技术06级3班 B19）

2009年5月19日

【实验目的】

1. 了解激光干涉测量的原理；

2. 掌握微米和亚微米量级位移量的激光干涉测量方法及应用场合； 3. 了解激光干涉测量方法的有点及应用场合。

【实验仪器】

激光器、反射镜、物镜、半反射镜、成像透镜、CMOS光电探测器、波差测试试件。

【实验原理】

1. 精密位移量的激光干涉测量方法

本实验采用Twyman-Green干涉仪是著名的迈克尔逊白光干涉仪的变形。与后者相比，它具有以下特点：

（1） 它使用两列平面波进行干涉，相干得到等厚干涉条纹 （2） Twyman-Green干涉仪只能使用单色光源。

（3） Twyman-Green干涉仪的参考光束和测试光束经过成像透镜聚焦后，受光阑限制，观察者的位

置固定。 利用Twyman-Green干涉仪可以研究反射或透射光学元件的表面形貌或波面形状，其原理图如图1所示

为了研究反射物表面形貌或其与标准平面镜的偏差，将反射物放在干涉仪的一支光路上。本实验用He-Ne激光器做光源。激光通过扩束准直系统形

机械工程综合实

践 实验报告

课程名称 机械工程综合实践 专 业 精密工程 指导教师 彭小强 小组成员 刘强 14033006

谌贵阳 吴志明 实验日期 2012.4.2—2011.6.25

国防科学技术大学机电工程与自动化学院

目 录

1激光干涉仪 1.1激光干涉仪介绍 1.2激光干涉仪原理

2 激光干涉仪测量机床的直线度 2.1实验器材以及平台的搭建 2.2激光干涉仪的调试 2.3直线度的测量

3 激光干涉仪测量机床的重复定位精度 3.1实验器材以及平台的搭建 3.2激光干涉仪的调试 3.3重复定位精度的测量 4 实验分析与总结

目录

一、实验目的与任务 .......................................... 4 二、实验内容与要求 .......................................... 4 三、实验条件与设备 ....................................

第一章、前言

一、本次我们主要研究：如何检测机床的螺距误差。因此我们主要的任务在于：

1. 应该使用什么仪器进行测量 2. 怎么使用测量仪器 3. 怎么进行数据分析

4. 怎么将测量所得的数据输入对应的数控系统 二、根据第一点的要求，我们选择的仪器为：Renishaw 激光器测量系统，此仪器检测的范围包括：

1. 线性测量 2. 角度测量 3. 平面度测量 4. 直线度测量 5. 垂直度测量 6. 平行度测量

线性测量：是激光器最常见的一种测量。 激光器系统会比较轴位置数显上的读数位置与激光器系统测量的实际位置，以测量线性定位精度及重复性。

三、根据第二点的解释，线性测量正符合我们检测螺距误差的要求。因此，我们此次使用的检测方法——线性测量。

总结以上我们的核心在于：如何操作Renishaw 激光器测量系统结合线性测量的方法进行检测，之后将

- 1 -

检测得到的数据进行分析，最后将分析得到的数据存放到数控系统中。这样做的目的在于——提高机床的精度。

- 2 -

第二章、 基础知识

2.1 什么是螺距误差？

开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的

滚珠丝杠。但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件

实验二

光纤干涉仪实验讲义(使用说明书)

北京方式科技有限责任公司

1

一. 实验内容与目的

1. 光纤端面的处理与光纤耦合

为了得到尽量高的耦合效率，光纤的端面必须经过专门处理。通过学生亲自操作，让学生了解掌握光纤的结构和光纤端面的一般处理方法，以及光纤的耦合方法，培养学生的动手实践能力。通过对光纤输出端光斑的观察了解模式的概念。 2. 光纤干涉仪的搭制

通过摆放光纤干涉仪的光路，了解光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构和特点。

3. 干涉仪的测量与定标

通过观察测量温度与条纹移动数的关系，与及敏感长度与灵敏度的关系，进一步了解干涉仪作为温度传感器的参数特性与及其作为一台测量仪器的定标。

二. 设备成套性

1. 半导体激光器+二维调整架 1套 2. 7自由度光纤耦合调整架 2套 3. 二维可调分束镜 1套 4. 光纤座 1个 5. CCD摄像头+监视器 1套 6. 光纤

作 业 文 件 ZYGO干涉仪使用说明 文件编号 版本/修订 页码 1/8 1目的

为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。

2范围

本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。

3 录取数据

在检验过程中将会生成以下记录：

3.1干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。 3.2测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SAVE DATE保存。

4 Zygo干涉仪的定义

4.1 应用（application）

应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量，GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量，Angle.app用于平行角度的测试。

4.2 猫眼像（cateye）

又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像

从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的

实验二

光纤干涉仪实验讲义(使用说明书)

北京方式科技有限责任公司

1

一. 实验内容与目的

1. 光纤端面的处理与光纤耦合

为了得到尽量高的耦合效率，光纤的端面必须经过专门处理。通过学生亲自操作，让学生了解掌握光纤的结构和光纤端面的一般处理方法，以及光纤的耦合方法，培养学生的动手实践能力。通过对光纤输出端光斑的观察了解模式的概念。 2. 光纤干涉仪的搭制

通过摆放光纤干涉仪的光路，了解光纤马赫-曾德尔干涉仪的结构和特点。

3. 干涉仪的测量与定标

通过观察测量温度与条纹移动数的关系，与及敏感长度与灵敏度的关系，进一步了解干涉仪作为温度传感器的参数特性与及其作为一台测量仪器的定标。

二. 设备成套性

1. 半导体激光器+二维调整架 1套 2. 7自由度光纤耦合调整架 2套 3. 二维可调分束镜 1套 4. 光纤座 1个 5. CCD摄像头+监视器 1套 6. 光纤

1目的

为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。

2范围

本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。

3 录取数据

在检验过程中将会生成以下记录：

3.1干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。 3.2测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SAVE DATE保存。

4 Zygo干涉仪的定义

4.1 应用（application）

应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量，GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量，Angle.app用于平行角度的测试。

4.2 猫眼像（cateye）

又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像

从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息，是面形检测的主要信息来源。 4.4 升

1目的

为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。

2范围

本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。

3 录取数据

在检验过程中将会生成以下记录：

3.1干涉图（保存文件名为*.Tif），在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。 3.2测试数据（保存文件名为*.Dat），测试完成后点击SAVE DATE保存。

4 Zygo干涉仪的定义

4.1 应用（application）

应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合，保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量，GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量，Angle.app用于平行角度的测试。

4.2 猫眼像（cateye）

又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹，是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像

从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息，是面形检测的主要信息来源。 4.4 升

马赫-曾德尔干涉仪的设计

一、实验目的：

1．掌握MZI的干涉原理

2．掌握MZI干涉仪的基本结构和仿真方法

二、实验原理：

MZI干涉原理基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。MZI主要由前后两个3dB定向耦合器和一个可变移相器组成。最终使不同的两个波长分别沿两个不同的端口输出。其结构示意图如下所示：

图1 MZI干涉原理简图

马赫－曾德干涉结构可用做光调制器，也可用做光滤波器。

1、马赫－曾德干涉仪的分光原理：

设两耦合器的相位因子分别为

12

,

??,当干涉仪一输入端注入强度为

I (以电场强度

表示为

E)光波时，可以推出两个输出端的光场强度

12

,I I(以电场强度分别表示为

1

2

,

E E)分别为：

2222

1101212

2222

2201212

cos()sin(2)sin(2)sin(/2)

sin()sin(2)sin(2)cos(/2)

I E E L

I E E L

????β

????β

??

==++

??

??

==-+

??

式中，β为传输常数；

12

?=-

L L L为干涉仪两臂的长度差，它在干涉仪两臂之间引入的相位差：2/2/

?=?=

L n L C F

βπυπυ。（υ为光的频率；n为光纤纤心的折射率：C为真空中的光速；/

=?

F C n L为马赫一曾德干涉仪的自由