CN205262613U - 一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板都固定在光学元件固定架底板上，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板和探测系统固定板组成一个正方形结构，分光镜套件固定板设置在光学元件固定架底板对角线上，静镜套件、动镜套件、激光接入套件、光电探测套件和分光镜套件分别对应设置在静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板上。本实用新型学生能直接看到波长计的内部构造，能直观掌握波长计的工作原理，进而有效提高对波长计的实验认知能力。

Description

一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪

技术领域

本实用新型涉及一种实验仪，特别是一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪。

背景技术

激光器的输出波长是激光器的一项重要参数，在以激光器为光源的各种应用领域，如精密测量、光纤通信、激光光谱、半导体激光器的生产制造等，激光器的工作波长都是必不可少的指标性参数。因此，准确测量激光器的输出波长在激光制造和激光应用中都有重要意义。

激光波长测量的方法很多，但干涉法是最实用、最精确，也是最可行的测量方法。传统的基于干涉法测量激光波长的波长计，其测量原理是将未知波长激光的干涉条纹和已知波长激光的干涉条纹与已知参数的标准具精密比对，进而获得未知激光的波长，这类波长计一般在波长计内部配置已知波长的激光或已确定参数的标准具，结构上比较复杂。在基于干涉法测量激光波长的波长计中，基于迈克尔逊干涉仪原理的波长计是最为常见的一种。

迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计的精密光学仪器，该仪器的基本原理是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，被广泛用于长度和折射率的测量，在近代物理和计量技术中有重要的应用。

随着激光器的发展和激光技术在科研、生产和生活中的不断扩展，有关激光波长测量方面的知识已成为高校理工科专业学生的一个重要教学内容。但目前很多高校除了在《大学物理实验》课程中针对理工科学生开设迈克尔逊干涉仪实验外，尚没有专门针对波长计的实验项目，就其原因，主要是因为专用的波长计虽然具有测量精度高、测量方便的优点，但通常都是高度集成的成套设备，使用成本很高，通常只在专门的科研实验室使用，很难将其用于学生实验教学，这对于学生理解和掌握波长计的结构和工作原理是不利的。

因此，建立一个开放、透明的波长计实验平台，让学生在开放的波长计实验平台上开展波长测量实验，对掌握波长计的工作原理，提高实验教学效果具有非常好的帮助。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，学生能直接看到波长计的内部构造，能直观掌握波长计的工作原理，进而有效提高对波长计的实验认知能力。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：包括静镜套件、静镜套件固定板、动镜套件、动静套件固定板、激光接入套件、激光接入套件固定板、光电探测套件、光电探测套件固定板、分光镜套件、分光镜套件固定板和光学元件固定架底板，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板都固定在光学元件固定架底板上，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板和探测系统固定板组成一个正方形结构，分光镜套件固定板设置在光学元件固定架底板对角线上并且一端设置在静镜套件固定板和动镜套件固定板交点位置，分光镜套件固定板另一端设置在光纤接入法兰固定板和探测系统固定板交点位置，静镜套件、动镜套件、激光接入套件、光电探测套件和分光镜套件分别对应设置在静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板上。

进一步地，所述静镜套件包含O圈A、静镜和静镜固定法兰，静镜套件固定板上开有O圈槽A，O圈A设置在O圈槽A中，静镜通过静镜固定法兰固定在静镜套件固定板上。

进一步地，所述动镜套件包含动镜、压电陶瓷管、O圈B和压电陶瓷管固定法兰，动镜套件固定板上开有O圈槽B，O圈B设置在O圈槽B中，动镜设置在压电陶瓷管一端，压电陶瓷管通过压电陶瓷管固定法兰固定在动镜套件固定板上。

进一步地，所述激光接入套件包含激光接入法兰盘、O圈C和激光接入法兰盘固定板，光纤接入法兰固定板上开有O圈槽C，O圈C设置在O圈槽C中，激光接入法兰盘通过激光接入法兰盘固定板固定在光纤接入法兰固定板上。

进一步地，所述光电探测套件包含O圈D、透镜、透镜固定法兰和光电探测器固定法兰，探测系统固定板上开有O圈槽D，O圈D设置在O圈槽D中，透镜通过透镜固定法兰固定在探测系统固定板一侧，光电探测器固定法兰固定在探测系统固定板另一侧。

进一步地，所述分光镜套件包含分光镜、O圈E和分光镜固定法兰，分光镜套件固定板上开有O圈槽E，O圈E设置在O圈槽E中，分光镜通过分光镜固定法兰固定在分光镜套件固定板上。

进一步地，所述光学元件固定架底板是一块正方形的金属板，光学元件固定架底板上表面设置有静镜套件固定板限位槽、动镜套件固定板限位槽、激光接入套件固定板限位槽、光电探测套件固定板限位槽和分光镜固定板限位槽，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板分别设置在对应的静镜套件固定板限位槽、动镜套件固定板限位槽、激光接入套件固定板限位槽、光电探测套件固定板限位槽和分光镜固定板限位槽中。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、将波长计的工作原理以开放的实验装置形式呈现，有助于学生开展有关于波长计的实验，进而掌握波长计的工作原理。

2、将波长计中动静的改变由压电陶瓷管实现，使得学生在开展有关波长计的实验中同时展开有关压电陶瓷微尺度的测量实验，拓展学生的知识面。

附图说明

图1是本实用新型的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪的结构示意图。

图2是本实用新型的静镜套件装配示意图。

图3是本实用新型的动镜套件装配示意图。

图4是本实用新型的动镜套件的剖视图。

图5是本实用新型的激光接入套件的示意图。

图6是本实用新型的光电探测套件的示意图。

图7是本实用新型的光电探测套件的剖视图。

图8是本实用新型的分光镜套件的示意图。

图9是本实用新型的光学元件固定架底板结构示意图。

图中，1-光学元件固定架底板，2-静镜套件固定板，3-动镜套件固定板，4-激光接入套件固定板，5-光电探测套件固定板，6-分光镜套件固定板，7-O圈槽A，8-螺纹孔A，9-O圈A，10-静镜，11-静镜固定法兰，12-通孔A，13-通孔B，14-螺纹孔B，15-通孔C，16-螺纹孔C，17-O圈槽B，18-动镜，19-压电陶瓷管，20-O圈B，21-压电陶瓷管固定法兰，22-通孔D，23-螺纹孔D，24-螺纹孔E，25-通孔E，26-O圈槽C，27-螺纹孔F，28-带台阶通孔A，29-螺纹孔G，30-O圈C，31-激光接入法兰盘，32-FC光纤固定孔，33-通孔F，34-通孔G，35-O圈槽D，36-螺纹孔H，37-螺纹孔I，38-螺纹孔J，39-O圈D，40-透镜，41-透镜固定法兰，42-通孔H，43-通孔I，44-光电探测器固定法兰，45-通孔J，46-光电探测器法兰限位台阶，47-螺纹孔K，48-分光镜固定台阶，49-通孔K，50-O圈槽E，51-螺纹孔L，52-螺纹孔M，53-O圈E，54-分光镜，55-分光镜固定法兰，56-通孔L，57-静镜套件固定板限位槽，58-动镜套件固定板限位槽，59-激光接入法兰盘固定板限位槽，60-探测系统固定板限位槽，61-分光镜固定板限位槽，62-通孔M。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图所示，本实用新型的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，包括静镜套件、静镜套件固定板2、动镜套件、动静套件固定板3、激光接入套件、激光接入套件固定板4、光电探测套件、光电探测套件固定板5、分光镜套件、分光镜套件固定板6和光学元件固定架底板1，静镜套件固定板2、动镜套件固定板3、光纤接入法兰固定板4、探测系统固定板5和分光镜固定板6都固定在光学元件固定架底板1上，静镜套件固定板2、动镜套件固定板3、光纤接入法兰固定板4和探测系统固定板5组成一个正方形结构，分光镜套件固定板6设置在光学元件固定架底板1对角线上并且一端设置在静镜套件固定板2和动镜套件固定板3交点位置，分光镜套件固定板6另一端设置在光纤接入法兰固定板4和探测系统固定板5交点位置，静镜套件、动镜套件、激光接入套件、光电探测套件和分光镜套件分别对应设置在静镜套件固定板2、动镜套件固定板3、光纤接入法兰固定板4、探测系统固定板5和分光镜固定板6上。

静镜套件包含O圈A、静镜和静镜固定法兰，静镜套件固定板上开有O圈槽A，O圈A设置在O圈槽A中，静镜通过静镜固定法兰固定在静镜套件固定板上。静镜套件固定板2的一侧设有O圈槽A7，O圈槽A7的中心是静镜套件固定板2的中心，在与O圈槽A7同心的圆周上，设置三个螺纹孔A8，分布于O圈槽A7的外侧；在静镜套件固定板2上设置了O圈槽A7的平面上，设置两排互相平行的螺纹孔13，分别用于通过螺丝将静镜套件固定板2与动静固定板3和光电探测系统固定板5固为一体。在与设置了O圈槽A的平面垂直的底面上，设置一排螺纹孔B14，用于通过螺丝将动静固定板2固定在光学元件固定架底板1上。将O圈A9置于O圈槽A7，将静镜10置于O圈A9上，再将静镜固定法兰11压在静镜10上，并使静镜10处于设置在静镜固定法兰的限位台阶上，最后用螺丝通过设置在静镜固定法兰11上的通孔A12和设置在静镜套件固定板2上的螺纹孔A8，将静镜固定法兰盘11固定在静镜套件固定板2上，并将静镜10夹持在静镜固定法兰盘11和静镜套件固定板2之间，静镜10的俯仰角可以通过压缩O圈9微调。

动镜套件包含动镜、压电陶瓷管、O圈B和压电陶瓷管固定法兰，动镜套件固定板上开有O圈槽B，O圈B设置在O圈槽B中，动镜设置在压电陶瓷管一端，压电陶瓷管通过压电陶瓷管固定法兰固定在动镜套件固定板上。压电陶瓷管固定法兰21的一侧设有压电陶瓷管限位台阶。动镜套件固定板3的中心设置了较大孔径的通孔C15，在动镜套件固定板3的一侧设有O圈槽B17，O圈槽B17的中心与动镜套件固定板3的中心同心，在与O圈槽B17同心的圆周上，设置三个螺纹孔C16，分布于O圈槽B17的外侧；在与设置了O圈槽B17的平面垂直的三个侧面上，分别设置螺纹孔D23和螺纹孔E24，分别用于通过螺丝将动静固定板3与静镜套件固定板2、光电探测器固定板5和光学元件固定架底板1固为一体。将O圈B20置于O圈槽B17，将动镜18同轴胶合在压电陶瓷管19的一端，将压电陶瓷管19穿过动镜套件固定板3中心的通孔C15，使压电陶瓷管19处于压电陶瓷管限位台阶上，然后将其与压电陶瓷管固定法兰盘21同轴胶合，最后用螺丝通过设置在压电陶瓷管固定法兰盘21上的通孔D22和设置在动镜套件固定板3上的螺纹孔C16，将压电陶瓷管固定法兰21固定在动镜套件固定板3的外侧，压电陶瓷管固定法兰21的俯仰角可以通过压缩O圈20微调。

激光接入套件包含激光接入法兰盘、O圈C和激光接入法兰盘固定板，光纤接入法兰固定板上开有O圈槽C，O圈C设置在O圈槽C中，激光接入法兰盘通过激光接入法兰盘固定板固定在光纤接入法兰固定板上。在激光接入法兰盘固定板4的中心设置较大孔径的通孔E25，在激光接入法兰盘固定板4的一侧设置O圈槽C26，O圈槽C26的中心与激光接入法兰盘固定板4的中心同心，在与O圈槽C26同心的圆周上，设置三个螺纹孔27，分布于O圈槽C26的外侧，在与设置了O圈槽C26的平面垂直的底面上，设置一排螺纹孔G29，用于将激光接入法兰盘固定板4固定在光学元件固定架底板1上。在O圈槽C26内放置O圈C30，然后将激光接入法兰盘31用螺丝固定在激光接入法兰盘固定板4上，激光接入法兰盘31的俯仰角可以通过压缩O圈C30微调。

光电探测套件包含O圈D、透镜、透镜固定法兰和光电探测器固定法兰，探测系统固定板上开有O圈槽D，O圈D设置在O圈槽D中，透镜通过透镜固定法兰固定在探测系统固定板一侧，光电探测器固定法兰固定在探测系统固定板另一侧。在光电探测套件固定板5的中心设置较大孔径的通孔G34，以通孔G34的孔心为中心，在光电探测套件固定板5的一侧设置O圈槽D35，在与O圈槽D35同心的圆周上，设置三个螺纹孔H36，分布于O圈槽D35的外侧，在与设置了O圈槽D35的平面垂直的三个侧面上，分别设置一排螺纹孔I37和一排螺纹孔J38，分别用于通过螺丝将光电探测套件固定板5与静镜套件固定板2、光源导入法兰盘固定板4和光学元件固定架底板1固为一体。装配时，在O圈槽D35内放置O圈D39，将透镜40紧贴O圈D39放置，再将透镜固定法兰41压在透镜40上，通过螺丝将透镜固定法兰41与光电探测套件固定板5固定在一起，透镜40夹持在透镜固定法兰41和光电探测套件固定板5之间，透镜40的俯仰角可以通过压缩O圈D39微调；在光电探测套件固定板5的另一侧，以光电探测系统固定板5的中心为圆心，设置一个圆形台阶46，将光电探测器固定法兰44用螺丝固定在圆形台阶46上。

分光镜套件包含分光镜、O圈E和分光镜固定法兰，分光镜套件固定板上开有O圈槽E，O圈E设置在O圈槽E中，分光镜通过分光镜固定法兰固定在分光镜套件固定板上。在分光镜固定板6的中心设置一个尺寸较大的通孔K49，以此通孔的中心为圆心，在分光镜固定板6的一侧设置一个分光镜固定台阶48，在分光镜固定台阶48上设置一个与分光镜固定台阶48同心的O圈槽E50，在与O圈槽E50同心的圆周上，设置三个螺纹孔L51，螺纹孔L51分布于O圈槽E50的外侧；在与设置了分光镜固定台阶48的平面垂直的一个底面上，设置一排螺纹孔M52，用于通过螺丝将分光镜固定板6和光学元件固定架底板1固为一体。装配时，在O圈槽E50内放置O圈E53，将1:1的分光镜54放置在O圈E53上，使分光镜54的非镀膜面紧靠O圈E53，然后用螺丝通过设置在分光镜固定台阶48上的螺纹孔L51和设置在分光镜固定法兰55上的通孔L56，将分光镜固定法兰55和分光镜固定板6固为一体，分光镜54夹持在分光镜固定法兰55和分光镜固定板6之间，分光镜54的俯仰角可以通过压缩O圈E53微调。

光学元件固定架底板是一块正方形的金属板，光学元件固定架底板上表面设置有静镜套件固定板限位槽57、动镜套件固定板限位槽58、激光接入套件固定板限位槽59、光电探测套件固定板限位槽60和分光镜固定板限位槽61，静镜套件固定板2、动镜套件固定板3、光纤接入法兰固定板4、探测系统固定板5和分光镜固定板6分别设置在对应的静镜套件固定板限位槽57、动镜套件固定板限位槽58、激光接入套件固定板限位槽59、光电探测套件固定板限位槽60和分光镜固定板限位槽61中。

通过设置在静镜套件固定板2上的螺纹孔B14、动镜套件固定板3上的螺纹孔D23、激光接入套件固定板4上的螺纹孔G29、光电探测套件固定板5上的螺纹孔I37和分光镜套件固定板6上的螺纹孔M52和设置在光学元件固定架底板1的通孔M18，用螺丝将静镜套件固定板2、动静套件固定板3、激光接入套件固定板4、光电探测套件固定板5和分光镜套件固定板6与光学元件固定架底板1固为一体；再利用设置在静镜套件固定板2上的通孔B13、光电探测套件固定板5上的螺纹孔J38和动静套件固定板3上的螺纹孔E24、激光接入套件固定板侧面的通孔A28，将静静套件固定板2、动静套件固定板3、激光接入套件固定板4和光电探测套件固定板5固为一体，使之形成一个正方形盒子。

完成组装后，静镜10、动静18、激光接入法兰盘31、光电探测器固定法兰44和分光镜54组成了一个迈克尔逊干涉仪装置，其中光源导入法兰盘31用于将激光通过设置在光源导入法兰盘31上的FC光纤固定孔32将激光接入迈克尔逊干涉仪系统。微调激光接入法兰盘31、分光镜54、静镜10和动静18的俯仰角，使透过分光镜54的光束和经分光镜54反射的光束，垂直照到静镜10和动静18上，然后在静镜10和动静18的反射面上发生反射，来自静镜10的反射光和来自动静18的反射光再次经过分光镜54的反射和透射到透镜40的表面并产生干涉，形成不可见的干涉条纹，干涉条纹经透镜40扩束后，在光电探测器所在位置形成干涉环。给压电陶瓷管19加载一个周期性变化的电压，动静18将在压电陶瓷管19的带动下沿压电陶瓷管19的轴向发生周期性变化，根据迈克尔逊干涉仪原理，干涉环将随着动静18的周期性变化而在光电探测器的光敏面上周期性变化。因此，光电探测器转化出来的光电流将呈现周期性变化，通过光电流的周期性变化，在获得压电陶瓷管19的伸缩长度随电压之间的关系后，即可根据光电流的周期性变化与压电陶瓷管19的工作电压之间的关系得到待测量激光的波长。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：包括静镜套件、静镜套件固定板、动镜套件、动静套件固定板、激光接入套件、激光接入套件固定板、光电探测套件、光电探测套件固定板、分光镜套件、分光镜套件固定板和光学元件固定架底板，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板都固定在光学元件固定架底板上，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板和探测系统固定板组成一个正方形结构，分光镜套件固定板设置在光学元件固定架底板对角线上并且一端设置在静镜套件固定板和动镜套件固定板交点位置，分光镜套件固定板另一端设置在光纤接入法兰固定板和探测系统固定板交点位置，静镜套件、动镜套件、激光接入套件、光电探测套件和分光镜套件分别对应设置在静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板上。

2.按照权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：所述静镜套件包含O圈A、静镜和静镜固定法兰，静镜套件固定板上开有O圈槽A，O圈A设置在O圈槽A中，静镜通过静镜固定法兰固定在静镜套件固定板上。

3.按照权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：所述动镜套件包含动镜、压电陶瓷管、O圈B和压电陶瓷管固定法兰，动镜套件固定板上开有O圈槽B，O圈B设置在O圈槽B中，动镜设置在压电陶瓷管一端，压电陶瓷管通过压电陶瓷管固定法兰固定在动镜套件固定板上。

4.按照权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：所述激光接入套件包含激光接入法兰盘、O圈C和激光接入法兰盘固定板，光纤接入法兰固定板上开有O圈槽C，O圈C设置在O圈槽C中，激光接入法兰盘通过激光接入法兰盘固定板固定在光纤接入法兰固定板上。

5.按照权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：所述光电探测套件包含O圈D、透镜、透镜固定法兰和光电探测器固定法兰，探测系统固定板上开有O圈槽D，O圈D设置在O圈槽D中，透镜通过透镜固定法兰固定在探测系统固定板一侧，光电探测器固定法兰固定在探测系统固定板另一侧。

6.按照权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：所述分光镜套件包含分光镜、O圈E和分光镜固定法兰，分光镜套件固定板上开有O圈槽E，O圈E设置在O圈槽E中，分光镜通过分光镜固定法兰固定在分光镜套件固定板上。

7.按照权利要求1所述的一种基于迈克尔逊干涉仪的连续激光波长测量实验仪，其特征在于：所述光学元件固定架底板是一块正方形的金属板，光学元件固定架底板上表面设置有静镜套件固定板限位槽、动镜套件固定板限位槽、激光接入套件固定板限位槽、光电探测套件固定板限位槽和分光镜固定板限位槽，静镜套件固定板、动镜套件固定板、光纤接入法兰固定板、探测系统固定板和分光镜固定板分别设置在对应的静镜套件固定板限位槽、动镜套件固定板限位槽、激光接入套件固定板限位槽、光电探测套件固定板限位槽和分光镜固定板限位槽中。