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【應用要點】如何搭建馬赫-曾德爾干涉儀

原創 EO 中國 Edmund Optics 愛特蒙特光學 2023-02-27 15:45 發表于廣東

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、透射式光學器件的透射波前誤差、透明材料的折射率、風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，即行進的距離乘以它們經過的介質的折射率。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是至關重要的。樣品可以通過放在其中一個光束路徑上進行測量。由此產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）的典型光學原理圖

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

二、采用 Edmund Optics® 公司的現成部件組裝系統

類似圖 2 所示的系統可以按照以下指南進行組裝。

2.1 子組件

每個光學子組件都可以添加到桌面面包板上，并通過光學導軌輕松沿光軸滑動。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行微調。

2.2 光學底座

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 帶反射鏡的萬向調整架 (2套)

圖8：帶反射鏡的萬向調整架子組件

2.9 帶分光鏡的萬向調整架（2套）

圖9：帶分光鏡的萬向調整架子組件

三、完整的零件清單

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

激光器、光圈和透鏡bi須對準同一光軸。理想情況下，這些組件即使在光軌上平移，其光軸也不應該改變。安裝在光學導軌載體上的平臺可以實現垂直于導軌方向的水平運動。

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。

● 這使得調整激光角度變得很容易。

● 調整支架的角度，使激光束與光軌平行。

圖10：安裝激光模塊

4.2 對準激光器的光軸

● 使用光圈子組件來保持系統所有組件的光軸中心不變。

● 將激光照射到虹膜的中心。

● 將光圈沿光學導軌滑下，同時對運動學支架進行調整，使激光在整個范圍內保持在光圈中心。

圖11: 對準激光器的光軸

4.3 對準平凸透鏡的光軸

● 在左右滑動透鏡單元的同時，調整長焦距平凸透鏡的光軸。

● 用接桿來調整透鏡的高度，用燕尾臺來調整垂直方向的光軸。

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整光軸。

● 用接桿來調整透鏡的高度，用燕尾臺來調整垂直方向的光軸。

圖13：將平凹透鏡的光軸與短焦距對齊

4.5 定位透鏡以形成擴束鏡

● 兩個透鏡應以其焦距之和分開。在這種情況下，間隔應該是76.2毫米-25毫米=51.2毫米。

● 要了解更多關于配對透鏡將光束直徑擴大到所需尺寸的信息，請訪問我們的另一篇應用說明《如何利用現貨光學件設計擴束鏡》。

● 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，形成擴束鏡

4.6 對準反射鏡和分光鏡

● 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之后的軌道上進一步重疊（圖 15）。

圖15：對準反射鏡和分光鏡

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可能需要微調，以獲得條紋

圖16：由現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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