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【應(yīng)用要點】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)洞中的空氣流動等等。

馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）由一個相干光源（如：激光）、兩個分光鏡和兩個反射鏡組成（圖1 和 圖2）。首先，利用di一個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。每個光束從一個反射鏡上反射出來，并由di二個分光鏡重新組合。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。放置在光軌載體上的小型線性運動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現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌方向的水平運動。

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，同時對運動學(xué)支架進(jìn)行調(diào)整，使激光在整個范圍內(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

● 在左右滑動透鏡單元的同時，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

● 在光路中放置一個短焦距的平凹透鏡。

● 在左右滑動透鏡單元的同時調(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，請訪問我們的另一篇應(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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