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实验二双频激光干涉实验

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实验二 双频激光干涉实验 一、 实验目的 了解双频激光干涉测量原理,设计测量长度与角度的干涉系统,并且比较一般干涉测量与双频激光干涉测量的异同。 二、 实验原理 1 . 测长原理如图 1 所示: 其中 L1 为稳频的激光器,Mm、Mr 为两个全反射组件,P1、P2 为检偏器,D1、D2 为光电探测 器。Mm 固定在被测物体上。 输出激光含频差为 f 的两正交线偏振光分量1f 、2f 。输出光经分光镜 BS 后,一 部分光被反射,经检偏器 P1, 两频率分量干涉产生拍频,该信号被光电探测器 D1 接 收,形成参考信号 Sr。透射光经线性干涉仪后,1f 、2f 被分开, 1f 进入参考臂,2f 进入测量臂,由两角锥棱镜反射返回后,在线性干涉仪上会合,经检偏器 P2 后发生干 涉,光电探测器 D2 接收干涉信号,形成测量信号 Sm。 此时如果测量镜以速度v 移动,则1f 的返回光频率发生变化,成为1Dff ,Df为多普勒频差,1Dff 通过线性干涉仪与2f 的返回光会合,经检偏后,其拍频被光电 探测器 D2 接收,Sr,Sm 经前置放大后进入计算机进行计数。 计算机对两路信号进行比较,计算其差值±Df。进而按下式计算动镜的速度 ϑ 和移动的距离得出所测的长度 L。 设在测量中动镜的移动速度v (这里v 可以随时间变化),则由多普勒效应引起的频差变化为: 122Dvvffc (1 -1 ) 式中:1f 激光频率,c 光速,λ 波长,Df为动镜移动时,由它反射回来的光频率 的变化量,也就是经计算机比较计算出来的两路信号的差值。 设动镜的移动距离为D,时间为t 则: 000()222tttDDDv dtfdtfdtN (1-2) N为测量过程中动镜下的条纹数(N 为整数部分, 为小数部分)。 00()ttDDNfdtfdt (1-3) 所以,位移D 的计算公式为: ()2DN (1-4) 2. 测角原理如图2 所示: 如图,基于正弦尺的原理,利用角度干涉仪和角度靶镜,双频激光干涉仪就可以进行角度测量。其干涉光路的工作原理和测长的相似,只不过测量的位移变成了两个角锥棱镜的相对位置变化—D。于是,在小角度的情况下,我们得到角度测量结果(弧度)为: DL  (1-5) 三、 实验步骤 1. 在实验箱中找出需要用的零部件(不用的不要拿出): (1) PT-1105C 激光头、(2)PT-1303C 高速接收器、(3)PT-1201A 线性干涉仪、(4)PT-1202A 全反射组件、(5)PT-...

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