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怎樣使用剪切干涉儀準(zhǔn)直激光？

原創(chuàng) insights Thorlabs索雷博 2023-03-15 12:00 發(fā)表于上海

工作原理和使用條件

當(dāng)激光入射剪切干涉板時(shí)，如果前后表面的反射光束重疊并發(fā)生干涉，那么頂部的磨砂玻璃板上將出現(xiàn)干涉條紋(假設(shè)為直條紋)。對(duì)于準(zhǔn)直的入射光束，條紋將平行于磨砂玻璃上的參考線(xiàn)。對(duì)于會(huì)聚或發(fā)散的入射光束，條紋將發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

準(zhǔn)直光束                                      會(huì)聚或發(fā)散光束

使用剪切干涉儀有兩個(gè)基本注意點(diǎn)。

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(wú)法重疊，也就無(wú)法產(chǎn)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(yàn)相干光源的準(zhǔn)直，而且光源的相干長(zhǎng)度應(yīng)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(cè)單頻激光的準(zhǔn)直，但不適合寬譜光源。比如，對(duì)于帶寬約為20 nm的630 nm LED，相干長(zhǎng)度只有20 µm左右，比剪切板的光程差小幾個(gè)量級(jí)。

剪切板光程差和光源相干長(zhǎng)度計(jì)算

對(duì)于處于單頻和寬譜之間的光源，建議先根據(jù)上圖中黃色標(biāo)亮的公式估計(jì)光源的相干長(zhǎng)度，然后對(duì)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(zhǔn)直

我們將測(cè)試光束經(jīng)過(guò)兩種不同擴(kuò)束比后的準(zhǔn)直。實(shí)驗(yàn)中使用兩個(gè)平凸透鏡擴(kuò)束，入射光束先通過(guò)di一個(gè)透鏡會(huì)聚，隨后發(fā)散，在通過(guò)di二個(gè)透鏡后重新準(zhǔn)直。

兩平凸透鏡的擴(kuò)束示意圖

shou先使用大剪切板測(cè)試大直徑光束。如下圖所示，將di一個(gè)透鏡固定在準(zhǔn)直光源近前方，然后大致放好di二個(gè)透鏡。沿導(dǎo)軌移動(dòng)di二個(gè)透鏡，當(dāng)干涉條紋剛好和參考線(xiàn)平行時(shí)，透鏡處于zui,佳準(zhǔn)直點(diǎn)。

如果di二個(gè)透鏡朝遠(yuǎn)離光束焦點(diǎn)的方向移動(dòng)，條紋將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果朝向焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，條紋將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)透鏡從zui,佳準(zhǔn)直點(diǎn)偏離時(shí)，不管從哪個(gè)方向，條紋將逐漸變細(xì)并靠攏，zui,終混在一起而無(wú)法分辨。

光束質(zhì)量的影響

如果光束存在畸變或波前誤差，條紋將會(huì)變混亂，無(wú)法用作準(zhǔn)直參考。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果在光路中插入一個(gè)透明塑料盒，條紋就會(huì)變得彎彎曲曲，很可能就無(wú)法和參考線(xiàn)對(duì)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(zhǔn)直方法。

塑料盒導(dǎo)致波前誤差，條紋變混亂

小直徑光束的準(zhǔn)直

把第二個(gè)透鏡從長(zhǎng)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(yīng)地?fù)Q成小剪切板。更換時(shí)要小心，不要造成損傷，因?yàn)橛行┐蟪叽缂羟邪宀Ａ菑陌惭b座背面突出來(lái)的。

小光束的干涉條紋可能太細(xì)太接近，無(wú)法憑肉眼分辨。在此情況下，我們可以使用放大觀測(cè)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(diào)節(jié)透鏡位置使條紋和參考線(xiàn)平行即可。

通過(guò)放大觀測(cè)屏看細(xì)小的條紋

zui,佳用法總結(jié)

剪切干涉儀是快速檢驗(yàn)光源準(zhǔn)直的好工具，但使用時(shí)要滿(mǎn)足一些條件：光源的相干長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)才能產(chǎn)生干涉條紋；波前誤差很小才能產(chǎn)生不錯(cuò)的條紋；光束處于剪切板推薦的直徑范圍。當(dāng)然，剪切干涉儀還應(yīng)放在準(zhǔn)直光束范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，也就是到準(zhǔn)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(cè)工具。如果要測(cè)量光束的具體參數(shù)，建議使用光束輪廓儀或波前傳感器。

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