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【應(yīng)用要點(diǎn)】如何搭建馬赫-曾德爾干涉儀

原創(chuàng) EO 中國 Edmund Optics 愛特蒙特光學(xué) 2023-02-27 15:45 發(fā)表于廣東

一、什么是馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）？

馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）是一種簡單的干涉測量儀器，測量兩束準(zhǔn)直的光束之間的相位偏差。這種相位偏差可用于確定小位移、透射式光學(xué)器件的透射波前誤差、透明材料的折射率、風(fēng)洞中的空氣流動(dòng)等等。

馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）由一個(gè)相干光源（如：激光）、兩個(gè)分光鏡和兩個(gè)反射鏡組成（圖1 和 圖2）。首先，利用di一個(gè)分光鏡將光源分成兩路。這兩束光各自具有相同的光路長度，即行進(jìn)的距離乘以它們經(jīng)過的介質(zhì)的折射率。每個(gè)光束從一個(gè)反射鏡上反射出來，并由di二個(gè)分光鏡重新組合。如果兩束光的光路長度之差小于光源的相干長度，就會產(chǎn)生干涉條紋。由于光源的相干長度可能極短，因此精密的部件和對準(zhǔn)是至關(guān)重要的。樣品可以通過放在其中一個(gè)光束路徑上進(jìn)行測量。由此產(chǎn)生的光路長度差可以通過觀察干涉條紋的變化來測量。

圖1：馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）的典型光學(xué)原理圖

圖2：采用愛特蒙特光學(xué)（ Edmund Optics® ）公司的現(xiàn)成部件組裝的臺式馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）系統(tǒng)

二、采用 Edmund Optics® 公司的現(xiàn)成部件組裝系統(tǒng)

類似圖 2 所示的系統(tǒng)可以按照以下指南進(jìn)行組裝。

2.1 子組件

每個(gè)光學(xué)子組件都可以添加到桌面面包板上，并通過光學(xué)導(dǎo)軌輕松沿光軸滑動(dòng)。放置在光軌載體上的小型線性運(yùn)動(dòng)平臺使其很容易在光軸方向或正交方向進(jìn)行微調(diào)。

2.2 光學(xué)底座

2.3 光源

圖3：光源子組件

2.4 可變光闌

圖4：可變光闌子組件

2.5 平凹透鏡安裝座

圖5：平凹透鏡安裝座子組件

2.6 平凸透鏡安裝座

圖6：平凸透鏡安裝座子組件

2.7 投影透鏡安裝座

圖7：投影透鏡安裝子組件

2.8 帶反射鏡的萬向調(diào)整架 (2套)

圖8：帶反射鏡的萬向調(diào)整架子組件

2.9 帶分光鏡的萬向調(diào)整架（2套）

圖9：帶分光鏡的萬向調(diào)整架子組件

三、完整的零件清單

四、馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）的對準(zhǔn)

激光器、光圈和透鏡bi須對準(zhǔn)同一光軸。理想情況下，這些組件即使在光軌上平移，其光軸也不應(yīng)該改變。安裝在光學(xué)導(dǎo)軌載體上的平臺可以實(shí)現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌方向的水平運(yùn)動(dòng)。

4.1. 安裝激光模塊

● 使用適配器（#18291）將激光模塊（直徑Φ19.1mm）固定在 #15866 上。

● 這使得調(diào)整激光角度變得很容易。

● 調(diào)整支架的角度，使激光束與光軌平行。

圖10：安裝激光模塊

4.2 對準(zhǔn)激光器的光軸

● 使用光圈子組件來保持系統(tǒng)所有組件的光軸中心不變。

● 將激光照射到虹膜的中心。

● 將光圈沿光學(xué)導(dǎo)軌滑下，同時(shí)對運(yùn)動(dòng)學(xué)支架進(jìn)行調(diào)整，使激光在整個(gè)范圍內(nèi)保持在光圈中心。

圖11: 對準(zhǔn)激光器的光軸

4.3 對準(zhǔn)平凸透鏡的光軸

● 在左右滑動(dòng)透鏡單元的同時(shí)，調(diào)整長焦距平凸透鏡的光軸。

● 用接桿來調(diào)整透鏡的高度，用燕尾臺來調(diào)整垂直方向的光軸。

圖12：將平凸透鏡的光軸與長焦距對齊

4.4 對準(zhǔn)平凹透鏡的光軸

● 在光路中放置一個(gè)短焦距的平凹透鏡。

● 在左右滑動(dòng)透鏡單元的同時(shí)調(diào)整光軸。

● 用接桿來調(diào)整透鏡的高度，用燕尾臺來調(diào)整垂直方向的光軸。

圖13：將平凹透鏡的光軸與短焦距對齊

4.5 定位透鏡以形成擴(kuò)束鏡

● 兩個(gè)透鏡應(yīng)以其焦距之和分開。在這種情況下，間隔應(yīng)該是76.2毫米-25毫米=51.2毫米。

● 要了解更多關(guān)于配對透鏡將光束直徑擴(kuò)大到所需尺寸的信息，請?jiān)L問我們的另一篇應(yīng)用說明《如何利用現(xiàn)貨光學(xué)件設(shè)計(jì)擴(kuò)束鏡》。

● 選擇反射率較低的鍍膜透鏡對避免雜散光有重要意義。

圖14：將兩個(gè)透鏡子組件放置在光圈前面，形成擴(kuò)束鏡

4.6 對準(zhǔn)反射鏡和分光鏡

● 兩條光路的長度bi須相等（或幾乎相等），而且zui后的光束bi須重疊才能獲得條紋。

● 在位置 A 處放置分光鏡將激光分成兩路，在位置 D 處放置另一分光鏡將光束重新合束。

● 調(diào)整距離，使A-B-D和A-C-D的光路長度相同。

● bi須注意防止反射鏡/分光鏡安裝座邊緣遮擋光束。

● 透過D的光束bi須與在D處反射的光束相重合。

● 調(diào)整反射鏡的位置和角度，使兩束光在D之后以及D之后的軌道上進(jìn)一步重疊（圖 15）。

圖15：對準(zhǔn)反射鏡和分光鏡

4.7 檢查干涉條紋的情況

● 在D之后添加一個(gè)放大鏡可以使其更容易識別邊緣。

● 平臺在光軌上的位置和其他組件的對準(zhǔn)可能需要微調(diào)，以獲得條紋

圖16：由現(xiàn)成的元件建造的馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）的zui終裝置

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