专利名称：综合光学干涉仪的制作方法
技术领域：
该实用新型属于物理光学仪器类，它适用于教学或精密测量。
在物理光学实验教学或者科研的精密测量中，常用的是迈克尔逊干涉仪和付里叶光谱仪。目前所使用的迈克尔逊干涉仪，如英国的希尔格及我国杭州光仪厂的产品等，多是采用视场较小(约6cm2)的圆型反射镜，且其调节机构为三点式；动镜拖动装置由精度为0.001mm的微调和精度为0.01mm的精调构成，是由蜗杆脱落机构控制蜗杆与蜗轮的啮合或脱开；干涉条纹计数是用目测计数。付里叶光谱仪为一套独立仪器，采用移动动镜的方法由光电接收得到付里叶光谱，再由计算机进行付里叶变换。
该新型综合光学干涉仪是为了克服上述光学干涉仪中的视场小，调节、计数费力费时以及体积大、功能少、成本高等缺点，以新的综合技术特征，设计了一机多用高效率低成本的光学仪器。
该实用新型的设计方案及技术特征结合附图详述如下本仪器的主体光路系统及主要结构部件见图1，其中反射镜1和2是方形的反射镜，其高为25－45mm，宽为25－45mm。分束板3和补偿板4，它们的高均为25－45mm，宽均为37－70mm。采用上述的形状与尺寸避免了分束板边缘对视场的遮挡，从而保证了清晰的足够大的方形视场。图1中的5、6、7、8是为本仪器配制的偏振片，它们分别装在有转角刻度的支架上，以供偏振光干涉实验用。9为照相底片支架，用于获取光源的付里叶谱。
本仪器采用了图2所示的反射镜调节架，其中15是钢球，它是支架转动的轴。弹簧14将镜片架12和支持板13连接，通过直径为3－6毫米、螺距为0.3－1.0mm的螺钉10和螺钉11，实现绕水平轴和竖直轴稳定地独立二维调节。因此，以两点式调节机构便可以快速获得稳定的等倾干涉条纹。解决了已有技术中的三点式调节引起三个方向相互牵制与影响的问题。
动镜的拖动系统装置见图3，本仪器采用了定减速比的齿轮带动丝杠的动镜拖动系统。用一根螺距为0.5－1.2mm，有效动程为5－9cm的丝杠16，该丝杠由配有一减速比为3－6的减速齿轮17来拖动，该减速齿轮由本仪器一侧的直径为6－10cm的手轮18来带动。上述的动镜拖动系统取代了已有技术中复杂的蜗轮蜗杆耦合系统，仍能实现动镜的精细移动。
本仪器的计数系统装置见图4，它是由光电二极管19，经电子放大、整形、分频装置20，再经功率放大21控制三极管22连接计算器23。其工作原理是由光电二极管接收光电讯号，用此讯号来控制三极管，但于此之前讯号要经过放大、整形、分频及功率放大，这一经过放大了讯号控制三极管直接与计算器的“等于”按键连接，当在计算器上依次按下按键“1”和“十”后，在计算器的显示屏上就能显示出干涉条纹的变化数。在计算器上并设有分频键(×2、×4、×’10)，利用这个分频键则可成倍地加快计数的速度。如果在计算器中输入动镜的位移量，就能在计算器上得到相应的波长值。显然，该实用新型采用上述的计数系统装置代替了已有技术中的目测计数，无论在计数测量上或繁琐的计算上都是既省时又省力的。
本仪器配有照相底片支架，见图1中的9。在支架9上装入照相底片，用螺钉10和11将反射镜1与2调成0.5°－3°的倾角，则在9处照相底片上可得到光源的付里叶光谱。而且在本仪器中附设有光学付里叶变换系统装置，见图5，其中望远镜24、光源的付里叶谱的底片25、焦距2.0－4.0m的透镜26、光谱图27。其工作原理是，激光经望远镜扩束后，通过在支架9上获得的光源的付里叶谱的底片25，然后再由透镜26来实现付里叶反变换，则在透镜26的后焦面的屏幕27上获得光源的光谱图。
图6所示是为本仪器所配制的气池装置，其中气池29，它的长度为10－50mm，两端用光学玻璃窗片27密封。将它置于干涉仪的动镜臂中，用与气池相连的血压计打气球31给它充气，由气压表30示出气池的气压，约充气至150－300托时，再缓慢放气，同时观察干涉仪中干涉条纹的变化，由条纹的变化数和气压的改变量便可计算出空气的折射率。
当将一块厚为0.5－5mm，高为20－25mm，长为25－30mm的光学平板玻璃32(见图7的32)，插入干涉仪动镜臂中，则原已出现的白光条纹由于平板玻璃的插入而消失了。此时，移动干涉仪的动镜至白光条纹再出现时，就可计算出光学平板玻璃的折射率。
由上述设计方案所制成的综合光学干涉仪，不仅同时具备了现有的迈克尔逊干涉仪和付里叶光谱仪的全部功能，而且由新的技术特征提供了视场大，二维独立调节迅速方便以及计数与计算采用了光电计数器与计算器，并配备了多种精制的光学器件与系统装置，使该仪器不仅可用来测量光波波长，还可以测量气体、固体的折射率以及在该仪器上做偏振光实验，付里叶光谱实验等。该实用新型具有设计新、功能多、附件精、效率高、成本低等优点，可广泛应用于教学与科研领域中。
本仪器的实施例可见图1－7所示，其反射镜1和2的高和宽皆可取35mm，补偿板4和分束板3的高均可取35mm，宽均可取55mm，丝杠的螺距可取1mm，减速比为4。装置一个袖珍计算器，仪器总重量约为15kg，体积为18×28×20cm3，并配有有机玻璃罩。
图1综合光学干涉仪总图1.方形反射镜2.方形反射镜3.分束板4.补偿板5.6.7.8.偏振片9.照相底片支架10.11.反射镜调节螺钉图2反射镜调节架12.镜片架13.支持架14.弹簧15.钢球图3动镜拖动系统装置16.丝杠17.齿轮18.手轮图4干涉条纹光电计数系统装置19.光电二极管20.放大、整形和分频装置21.功率放大22.三极管23.计算器图5全光学付里叶变换系统24.望远镜
25.照相底片26.透镜27.屏幕图6气体折射率测量的附件28.光学玻璃窗片29.气室30.压力计31.打气球图7固体折射率测量的附件32.光学平板玻璃
权利要求1.一种含有反射镜及其调节架、分束板、补偿器、动镜拖动系统的综合光学干涉仪，其特征在于具有面积较大的方形反射镜1和2以及反射镜的调节架为两点式二维调节(10-15)；定减速比的齿轮带动丝杠的动镜拖动系统装置(16-18)；干涉条纹的光电计数系统装置(19-23)；光学付里叶变换的系统装置(24-27)；并配备了附件偏振片、气池、照相底片支架、光学平板玻璃等精制的光学器件。
2.按照权利要求1所述的综合光学干涉仪，其特征是装有两块高和宽均为25－45mm的方形反射镜1和2，一块高为25－45mm，宽为37－70mm的分束板3和一块高为25－45mm，宽为37－70mm的补偿板4；在反射镜的调节架上装有一个钢球15和两个直径均为3－6mm，螺距均为0.3－1.0mm的调节螺钉10和11。
3.按照权利要求1所述的综合光学干涉仪，其特征是动镜拖动系统由一根螺距为0.5－1.2mm，有效动程为5－9cm的丝杠，并配有减速比为3－6的减速齿轮，它由仪器一侧的直径6－10cm手轮来带动(16－18)。
4.按照权利要求1所述的综合光学干涉仪，其特征是干涉条纹的计数系统装置由光电二极管19，电子放大、整形、分频、功率放大装置20、21、三极管22及计算器23构成的。
5.按照权利要求1所述的综合光学干涉仪，其特征是光学付里叶变换的系统装置由装有照相底片的支架9，置入25处的光源的付里叶光谱底片，望远镜24及焦距为2.0－4.0m的透镜构成。
6.按照权利要求1、2、3、4、5所述的综合光学干涉仪，其特征是附有一套完整的光学器件a)直径为20－40mm的偏振片5、6、7、8分别装在有转角刻度的可转动的支架上；b)长为10－50mm，两端以光学玻璃窗片密封的气池29，设有与气池相连的血压计打气球31及气压表30。c)一块厚为0.5－5mm，高为20－25mm，长为25－30mm的光学平板玻璃32。
专利摘要综合光学干涉仪不仅同时具备迈克尔逊干涉仪和付里叶光谱仪的功能，还具有方形视场、二维独立调节的镜架以及用定减速比的齿轮带动丝杠的动镜拖动系统；用干涉条纹光电计数器代替了目测计数；配备了偏振光干涉所用的偏振片、测量折射率所用的气池和光学平板玻璃；可获得清晰光谱图的全光学的付里叶变换的系统等。该仪器具有设计新、体积小、功能全、附件精和成本低等优点。广泛适用于高校、中学的光学实验教学及科研单位等的精密光学测量。
文档编号G01J9/02GK2046623SQ8920044
公开日1989年10月25日 申请日期1989年1月14日 优先权日1989年1月14日
发明者宋立尔, 何圣静, 翁占春 申请人:北京大学