一种迈克尔逊干涉仪为基础的多功能干涉仪的制作方法

1.本发明涉及一种光学实验仪器，尤其指一种迈克尔逊干涉仪为基础的多功能干涉仪。


背景技术：

2.迈克尔逊干涉仪是由美国实验物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究以太而设计制造出来的一种精密光学仪器，其基本原理是一束入射光通过分振幅法产生双光束，两束光各自被两面平面镜反射回来，再汇合到一起，产生等厚干涉或等倾干涉条纹，传统型迈克尔逊干涉仪存在以下缺点：笨重，功能比较单一，整体不规则，不利于布置额外的元件，不利于弱光探测，通过丝杠调节位移，回程误差大，维护难度大。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种使用简单，扩展性好，维护方便的迈克尔逊干涉仪，在此基础上简单布置常用光学元器件，即能操作曾德尔干涉实验，sagnac干涉实验。
4.具体方案：光学平板开有一个槽孔， 位移粗调模块安装在槽孔处光学平板的背面位置，滑块可以在槽孔中移动，反射镜架安装在滑块上，由微分头a通过调节滑块进而控制反射镜架的运动。
5.进一步的， 位移细调模块安装在光学平板上， 反射镜架安装在模块的位移台面上，由微分头b通过调节杠杆一端进而控制反射镜架的精细运动。
6.进一步的，按迈克尔逊干涉仪光路原理，布置光学元件，包括光源，棱镜，反射镜，透镜。
7.进一步的，若需要弱光探测，可将上盖盖上锁紧，视需要直接将光电探测器件旋入镜口卡口座进行观察和探测。
8.本发明的优点在于：运动组件调节行程范围大，而反面安装方式并不占用光学平板正面空间。
9.本机使用微分头配合复位弹簧作为行程调节元件，调节精度高，回程误差小。
10.平板上各光学元件可自由拆卸布置，使用功能得到了扩展。
11.上盖既可以在实验中用于隔绝环境气流及环境光的影响，同时又是整机的保护罩，方便仪器保管。
附图说明
12.图1为本发明的整体主视图。
13.图2为本发明揭开上盖后的主视图，光路布置为迈克尔逊干涉型。
14.图3为光学平板主视图。
15.图4为位移粗调模块和位移细调模块主视图。
16.图5为位移粗调模块局部视图。
17.图6为位移细调模块俯视图。
18.图7为曾德尔干涉型光路布置主视图。
19.图8为sagnac干涉型光路布置主视图。
20.图2到图8中数字标号具体表示含义为：1-上盖；2-镜头卡口；3-光学平板；4-激光源；5-底壳座；6-位移细调模块；7-反射镜架b；8-位移粗调模块；9-反射镜架a；10-分光棱镜a；11-扩束镜；12-槽孔；13-止动螺孔；14-安装座；15-微分头b；16-杠杆条；17-杠杆支柱；18-位移滑台；19-固定块；20-微分头a；21-止动螺杆；22-滑块；23-复位弹簧；24-滑套；25-光轴；26-直线轴承；27-钢球；28-弹簧柱塞；29-支耳；30-锁紧钉；31-分光棱镜b；32-反射镜。
具体实施方式
21.为便于描述，将各部件朝上一面称为正面或上面，朝下一面称为背面或反面。
22.本说明中所述的微分头，也叫螺旋测微器，是指一种用于精测的通用调节器件，带有刻度指示线和读数，安装固定好后，旋转其手柄可以带动其推杆直线移动，并能读出移动数值。
23.本说明中所述的弹簧柱塞，也叫弹簧定位柱或弹簧伸缩销，是指一种在中空螺杆内埋入弹簧，弹簧顶住销头，销头可以在外力作用下，部分压入螺杆，撤去外力后，销头在弹簧作用力下能自动复位的通用五金件。
24.本说明中，所述的直线轴承，是指一种能与圆柱轴配合使用形成直线运动的通用轴承件。
25.带有安装脚钉的底壳座（5）， 功能是用于承载整个光学系统，且兼有防震作用，而且提供了一个容纳位移粗调模块（8）的安装空间，余下的空间也可以放入小型电学器件，比如供电源，激光驱动器，底壳座（5）侧面开有孔，这样操作者可以通过伸出孔外的微分头a（20）手柄，调节隐藏安装在光学平板下的位移粗调模块（8）。
26.光学平板（3），开有一长条形槽孔（12），位移粗调模块（8）通过两端固定块（19）直接安装在光学平板（3）背面，滑块（22）截面呈上窄下宽的凸字形，上窄面暴露于光学平板（3）正面， 滑块（22）可以在槽孔（12），内直线运动，而反射镜架a（9）则安装在滑块（22）上。
27.光学平板槽孔（12）侧面开有两排止动螺孔（13），用两个止动螺杆（21）从光学平板（3）正面往下拧入，正好顶住滑块（22）的下宽面，这样滑块（22）在任意位置都能被止动螺杆（21）紧定住微分头a（20）将无法再推动滑块（22）延轴向移动。
28.滑块（22）加工有两个通孔， 通孔内嵌装了光面轴承套管，两根光轴（25）穿过套管，再由两端的固定块（19）固定住， 由此限制滑块（22）只能沿光轴（25）轴向直线运动，不会发生方向偏离。
29.更优的方案是，滑块（22）通孔内嵌装直线轴承（26），滑块（22）通过直线轴承（26）在光轴（25）上直线运动，这样轴承与光轴之间是更低阻力的滚动摩擦，滑块（22）的运动会更加平稳。
30.两条光轴（25）上都套有复位弹簧（23），在复位弹簧（23）上焊有滑套（24）， 可避免
复位弹簧（23）与光轴（25）直接摩擦，也能避免压缩或回复过程中复位弹簧（23）产生上下弹跳，当微分头a（20）的推杆头前进时，复位弹簧（23）被压缩， 当推杆头回退时，复位弹簧（23）的回复弹力将顶着滑块（22）跟着微分头a（20）平滑回退。
31.在调节微分头a（20）时， 微分头的推杆头在推动滑块（22）直线运动时，同时自身也在旋转，通过在滑块（22）中心嵌入钢球（27）， 形成点-面方式接触，将接触面积最小化，可以降低推杆头旋转时对滑块（22）的振动影响，当然，也可以采取将滑块（22）端面加工成镜面，再由带球形推杆头的微分头推动的方案来达成。
32.微分头a（20） 和微分头b（15）不限于机械式，作为方案的改进，也可以是带电子数显功能的微分头。
33.位移细调模块（6）由位移滑台（18），杠杆条（16）， 微分头b（15），弹簧柱塞（28），安装座（14）组成。
34.位移滑台（18）为上下双层结构，内部带有拉簧， 侧面带有支耳（29）和紧定螺丝（30），下层板固定在光学平板（3）上，上层板可以平移，并由拉簧带动复位，反射镜架b（7）直接安装在位移滑台（18）的上层板上。
35.杠杆条（16）的两端嵌有钢球， 杠杆条（16）与支耳（29），微分头b（15），弹簧柱塞（28）呈点-面方式接触，有利于降低振动影响，杠杆条（16）一端卡在微分头b（15）和弹簧柱塞（28）中间，另一端顶住位移滑台（18）的支耳（29）， 这样由，微分头b（15），弹簧柱塞（28），位移滑台（18）内部的的拉簧协同控制杠杆条（16）的摆动，进而控制位移滑台（18）上的反射镜架b（7）的移动。
36.杠杆支柱（17）直接安装在光学平板（3）上，杠杆支柱（17）位置点设置在微分头b（15）与支耳（29）之间， 根据杠杆原理， 微分头b（15）的推杆头伸缩方向与支耳（29）的行进方向相反，这样，当同旋向旋调微分头a（20）和微分头b（15）时，由于干涉图样是由两束光的光程差值来决定，这时干涉图样将会产生相同的变化趋势，例如：微分头a（20）与微分头b（15）都是顺时针旋调时，干涉圆条纹都是产生”吞进”变化，而微分头a（20）与微分头b（15）都是逆时针旋调时，干涉圆条纹都是产生”吐出”变化，更符合操作者的使用习惯。
37.当需要紧定住位移滑台（18）的上层板时，锁紧位移滑台（18）侧面的锁紧钉（30）即可，此时反射镜架b（7）能保持前后不移动。
38.本例设计成杠杆支柱（17）到微分头b（15）触点的距离刚好是到支耳（29）触点的距离的整数倍率，微分头b（15）的行进距离除以该倍率即为反射镜架b（7）的实际行进距离，从而达到了细分的目的。
39.上盖（1）的侧面板，在正对分光棱镜a （10） 和分光棱镜b（31）面的方向上开有圆孔，并嵌装了镜头卡口（2）， 这样具有适配于镜头卡口（2）尺寸的光电探测器件可以直接拧装在镜头卡口（2）上进行探测，而在需要遮光时，用镜头盖盖住镜头卡口（2）即可，该机使用完毕后，盖上上盖，堵住圆孔，即可方便保管。
40.实施例：利用本装置测量激光波长，将激光源（4）置于光学平板（3）上，按迈克尔逊型干涉（图2）布置光路元件，安装使用平面反射镜片，在干涉仪外设立一个白屏作为接收屏，扩束镜（11）先不放置，调节两个反射镜架，让激光从两个反射镜中反射出去的光斑尽量重合，再放置扩束镜（11），调出同心圆干涉纹后，再调节微分头a（20），使两束反射光的光程差减小，
这样干涉条纹会产生快速吞进变化，条纹由密变疏，由细变粗，在屏上同心圆干涉纹可以明显计数时，停止调节微分头a（20），在环境不稳定时，可以用止动螺杆（21）从反射镜架侧面的止动螺孔（13）拧入，紧定住滑块（22），然后再进行微调操作，先记录下微分头b（15）的初始读数，再缓慢调节微分头b（15）使反射镜架b（7）单向移动，此时干涉条纹变化较慢，能适时统计出干涉纹条纹吞进的数量，最作后记录下微分头b（15）的变化值，按杠杆倍率换算为反射镜架b（7）真实移动距离，也记录下细调时干涉条纹的吞进总圈数，最后代入公式计算即可。
41.利用本装置操作曾德尔型干涉实验， 将激光源（4）置于光学平板（3）上，按曾德尔型干涉（图7）布置光路元件，安装使用45度斜面反射镜片，在分光棱镜b（31）外布置两个白屏作接收器， 激光将由分光棱镜a （10）分成两束，一束经过反射镜架a（9）反射，另一束经过反射镜架b（7）反射，再次汇集到分光棱镜b（31）处形成曾德尔型干涉，干涉图样由两个白屏上接受，将会看到两个呈互补型干涉图样，比如同心圆图案下，其中一个圆中心呈亮点， 另一个圆中心则呈暗点。
42.利用本装置操作sagnac型干涉实验， 将激光源（4）置于光学平板（3）上，按sagnac型干涉（图8）布置光路元件，安装使用45度斜面反射镜片，扩束镜（11）设立一个白屏作为接收屏，激光将由分光棱镜a （10）分成两束，一束沿顺时针方向经过反射镜架a（9）-反射镜（32）
‑ꢀ
反射镜架b（7）反射，另一束则沿逆时针方向经过反射镜架b（7）
‑ꢀ
反射镜（32）
‑ꢀ
反射镜架a（9）反射，两束光再次汇集到分光棱镜a （10）形成sagnac型干涉，通过扩束镜（11）投射到白屏上接收，本装置经过加固处理后放在一个外置的旋转台上，将会看到干涉条纹的偏移，偏移量由反射腔长度及旋转台角速度共同决定。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。