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怎樣使用剪切干涉儀準直激光？

原創 insights Thorlabs索雷博 2023-03-15 12:00 發表于上海

工作原理和使用條件

當激光入射剪切干涉板時，如果前后表面的反射光束重疊并發生干涉，那么頂部的磨砂玻璃板上將出現干涉條紋(假設為直條紋)。對于準直的入射光束，條紋將平行于磨砂玻璃上的參考線。對于會聚或發散的入射光束，條紋將發生旋轉。

準直光束                                      會聚或發散光束

使用剪切干涉儀有兩個基本注意點。

di一，如果剪切板很厚但光束直徑很小，那么兩反射光束將無法重疊，也就無法產生干涉條紋。因此，光束直徑bi須處于剪切板適用的光束直徑范圍。

剪切板太厚                                   更換薄剪切板

反射光束不重疊                               反射光束重疊

di二，剪切干涉儀只能用于檢驗相干光源的準直，而且光源的相干長度應約等于或大于兩反射光束的光程差。因此，剪切干涉儀非常適合檢測單頻激光的準直，但不適合寬譜光源。比如，對于帶寬約為20 nm的630 nm LED，相干長度只有20 µm左右，比剪切板的光程差小幾個量級。

剪切板光程差和光源相干長度計算

對于處于單頻和寬譜之間的光源，建議先根據上圖中黃色標亮的公式估計光源的相干長度，然后對比剪切板引入的光程差，以此確定剪切干涉儀是否適用。

大直徑光束的準直

我們將測試光束經過兩種不同擴束比后的準直。實驗中使用兩個平凸透鏡擴束，入射光束先通過di一個透鏡會聚，隨后發散，在通過di二個透鏡后重新準直。

兩平凸透鏡的擴束示意圖

shou先使用大剪切板測試大直徑光束。如下圖所示，將di一個透鏡固定在準直光源近前方，然后大致放好di二個透鏡。沿導軌移動di二個透鏡，當干涉條紋剛好和參考線平行時，透鏡處于zui,佳準直點。

如果di二個透鏡朝遠離光束焦點的方向移動，條紋將順時針旋轉。如果朝向焦點運動，條紋將逆時針旋轉。當透鏡從zui,佳準直點偏離時，不管從哪個方向，條紋將逐漸變細并靠攏，zui,終混在一起而無法分辨。

光束質量的影響

如果光束存在畸變或波前誤差，條紋將會變混亂，無法用作準直參考。舉個簡單的例子，如果在光路中插入一個透明塑料盒，條紋就會變得彎彎曲曲，很可能就無法和參考線對齊。在這種情況下，我們可能要找到光束畸變的原因，或者采用其它準直方法。

塑料盒導致波前誤差，條紋變混亂

小直徑光束的準直

把第二個透鏡從長焦距換成短焦距后，輸出光束直徑變得太小，因此大剪切板也要相應地換成小剪切板。更換時要小心，不要造成損傷，因為有些大尺寸剪切板玻璃是從安裝座背面突出來的。

小光束的干涉條紋可能太細太接近，無法憑肉眼分辨。在此情況下，我們可以使用放大觀測屏。它里面有放大鏡，可以將微小的條紋放大并顯示在頂部的磨砂玻璃上。然后，調節透鏡位置使條紋和參考線平行即可。

通過放大觀測屏看細小的條紋

zui,佳用法總結

剪切干涉儀是快速檢驗光源準直的好工具，但使用時要滿足一些條件：光源的相干長度足夠長才能產生干涉條紋；波前誤差很小才能產生不錯的條紋；光束處于剪切板推薦的直徑范圍。當然，剪切干涉儀還應放在準直光束范圍內進行檢測，也就是到準直束腰的距離要小于瑞利距離。

另外，剪切干涉儀只是一種定性檢測工具。如果要測量光束的具體參數，建議使用光束輪廓儀或波前傳感器。

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