一种ORVIS测速系统中干涉仪零程差的调节方法与流程

本发明属于瞬态速度精密测量领域，具体涉及一种ORVIS测速系统中干涉仪零程差的调节方法。

背景技术：

成像型任意反射面速度干涉仪（ORVIS），在凝聚态物理、等离子体物理及惯性约束（ICF）等领域都有广泛的应用，是冲击波传播相关的各种物理实验的主要诊断设备。该系统利用多普勒和差频干涉原理并结合高速扫描相机，实现对超高速、瞬态运动物体速度的精密测量。ORVIS系统由探针光源、探针激光注入系统、反射激光收集和传输系统、干涉系统和记录系统组成。其中干涉系统是ORVIS测速系统的重要组成部分，干涉仪由四块镜子组成。其中两块为反射镜，镀有针对660nm激光全反射膜；两块是半透半反镜，镀有针对660nm激光半透半反的膜。ORVIS系统调节中一个非常重要的工作就是干涉系统零程差的调节和系统使用过程中干涉仪零程差的保持和检测。

一般以出现白光干涉条纹作为系统零程差调节好的标准，传统方法采用激光粗调加白光精调的方法来完成零程差调节。传统调节方法存在以下几点缺点：1.由于调节参量较多（涉及角度调节和距离调节两种），通常需要角度和距离逐步逼近，整个白光干涉条纹的调节过程非常花费时间，一般需要花费3-5个小时才能完成干涉仪零程差调节。2.系统调节完后没有任何监测工具，不能及时发现使用过程中系统零程差位置是否已经被破坏。3.在使用过程中，系统一旦偏离零程差位置。很难判断是镜子角度发生变化还是镜子前后距离发生变化。只能从新调节整个系统，将耗费大量的时间。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种ORVIS测速系统中干涉仪零程差的调节方法，能够大大缩短干涉仪零程差调整时间，并且可以随时判断系统是否偏离零程差位置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种ORVIS测速系统中干涉仪零程差的调节方法，该干涉仪包括第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一全反镜和第二全反镜，所述第一半透半反镜、第二半透半反镜上均镀有针对660nm激光半透半反的膜，所述第一全反镜和第二全反镜上均镀有针对660nm激光全反射的膜，该干涉仪零程差的调节方法包括以下步骤：

步骤1，建立基准：a.首先，用两个固定高度h的第一小孔和第二小孔在光学平台上确定一条光轴x；b. 调节内调焦望远镜的高度和角度，使内调焦望远镜的光轴y和两小孔所确定的光轴x重合；c. 在距离第二小孔右侧30厘米处放置精密旋转台，在所述精密旋转台上放置光学平板玻璃；d. 将内调焦望远镜调焦到无穷远位置，并打开内调焦望远镜自带的照明灯，旋转光学平板玻璃，直到在内调焦望远镜中看到光学平板玻璃的自准像，用精密旋转台对光学平板玻璃的角度进行微调，使光学平板玻璃的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合；e. 调节精密旋转台，使光学平板玻璃按顺时针方向转动5度，保持光学平板玻璃位置不动；f. 调节内调焦望远镜，使光学平板玻璃的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合，固定内调焦望远镜的位置，内调焦望远镜的光轴y为基准光轴；

步骤2，镜子角度的调节：a.移走精密旋转台和光学平板玻璃，在距离第一小孔右侧10厘米处放置第一半透半反镜，第一半透半反镜的中心高度为固定高度h，调节第一半透半反镜俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第一半透半反镜的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合；b. 在距离第一半透半反镜右侧放置第一全反镜，所述第一半透半反镜与第一全反镜的中心点均在基准光轴上，所述第一半透半反镜中心点与第一全反镜中心点之间的距离为250厘米，第一全反镜的中心高度为固定高度h，调节第一全反镜俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第一全反镜的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合；c. 在距离第一半透半反镜左下方放置第二半透半反镜，所述第一半透半反镜的中心点和第二半透半反镜的中心点之间的直线距离为50厘米，调节第二半透半反镜俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第二半透半反镜的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合，d. 在距离第一半透半反镜为250厘米处放置第二全反镜，第二全反镜放置在精密马达上，调节第二全反镜俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第二全反镜的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合，完成镜子的角度调节，所述第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一全反镜、第二全反镜之间均相互平行，且均与基准光轴之间有5度的夹角；

步骤3，零程差粗调：a. 移动精密马达，用直尺测量干涉仪两臂的距离，使干涉仪两臂约相等；b.用中心波长在660nm、带宽3 nm的窄带滤光片对白光光源进行滤光，使出射的白光光源的带宽为3nm，滤光后中心波长在660nm的窄带光源的相干长度为50微米，用第一透镜对白光光源进行准直，照到第一半透半反镜上，用第二透镜对白光光源进行收集和准直，并将像成到距离第二透镜右侧160厘米处的CCD上，通过CCD观察光强的变化；c. 移动精密马达，精密马达的步长设置小于白光光源的相干长度，精密马达的步长设置为40微米，逐渐移动精密马达，直到在CCD上看到干涉条纹，此时干涉仪两臂的距离差在50微米以内，完成干涉仪的粗调；

步骤4，零程差精确调节：在所述步骤3零程差粗调后，取下窄带滤光片，采用白光光源进行照明，继续对第二全反镜的前后距离进行精细调节，精密马达的步长设置为3微米，逐渐移动马达，直到CCD上观察到白光干涉条纹，最后，将精密马达的步长设置为1微米，逐渐移动精密马达，使得CCD上记录的白光干涉条纹为一条，此时，干涉仪双臂的距离偏差小于2微米，完成干涉仪零程差的精确调节。

所述步骤1，a中第一小孔和第二小孔的固定高度h为16厘米、第一小孔和第二小孔的直径均为1毫米，两个小孔之间的距离为1.6米；步骤1，c中精密旋转台的高度为158厘米，精密旋转台的角度调节精度为0.01度；步骤1，c中光学平板玻璃的厚度为5厘米、宽度为5厘米，长度为120厘米，所述光学平板玻璃两个工作面的面形由于1/8波长，两个面的平行度为1秒。

所述步骤2，a中第一半透半反镜的中心高度为16厘米、直径为25.4毫米，厚度为6.0毫米；步骤2，b中第一全反镜的中心高度h为16厘米、直径为25.4毫米，厚度为6.0毫米；步骤2，d中精密马达的调节范围为50.0毫米，该精密马达的最小步长为0.1微米。

所述步骤3，a中干涉仪两臂距离的误差为1毫米。

所述内调焦望远镜物镜焦距f=208.34mm、调焦范围为102～354.5mm、视场角2ω=3°、分辨角为 5.6″、口径D=Φ25mm、测微目镜焦距为16.7mm、放大倍率为15倍、视场角2ω=36°，当用作自准直光管时精度为6”，当用作内调焦望远镜时检验孔径间同轴性精度在2米范围内为0.1MM。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：①该方法可以将零程差调整时间缩短到一小时以内，大大节省了干涉仪零程差调整时间，提高了工作效率；②内调焦望远镜可作为干涉仪零程差位置的监测工具，在使用过程中可以随时判断系统是否偏离零程差位置，一旦发现系统偏离零程差位置(白光干涉条纹消失)，可以用内调焦望远镜检查干涉仪四块镜子的角度并进行纠正，可以快速的对零程差位置进行恢复。

附图说明

图1为本发明中建立基准的结构示意图。

图2为本发明干涉仪调节状态的结构示意图。

图3为本发明中内调焦望远镜的光学系统原理图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例ORVIS测速系统中干涉仪零程差的调节方法，该干涉仪包括第一半透半反镜1、第二半透半反镜2、第一全反镜3和第二全反镜4，所述第一半透半反镜1、第二半透半反镜2上均镀有针对660nm激光半透半反的膜，所述第一全反镜3和第二全反镜4上均镀有针对660nm激光全反射的膜，该干涉仪零程差的调节方法包括以下步骤：

步骤1，建立基准：a.首先，用两个固定高度h的第一小孔5和第二小孔6在光学平台上确定一条光轴x；b. 调节内调焦望远镜7的高度和角度，使内调焦望远镜7的光轴y和两小孔所确定的光轴x重合；c. 在距离第二小孔6右侧30厘米处放置精密旋转台8，在所述精密旋转台8上放置光学平板玻璃9；d. 将内调焦望远镜7调焦到无穷远位置，并打开内调焦望远镜自带的照明灯，旋转光学平板玻璃9，直到在内调焦望远镜中看到光学平板玻璃9的自准像，用精密旋转台8对光学平板玻璃9的角度进行微调，使光学平板玻璃9的自准像和内调焦望远镜7目镜中的十字叉丝完全重合；e. 调节精密旋转台8，使光学平板玻璃9按顺时针方向转动5度，保持光学平板玻璃9位置不动；f. 调节内调焦望远镜7，使光学平板玻璃9的自准像和内调焦望远镜7目镜中的十字叉丝完全重合，固定内调焦望远镜7的位置，内调焦望远镜7的光轴y为基准光轴；

步骤2，镜子角度的调节：a.移走精密旋转台8和光学平板玻璃9，在距离第一小孔5右侧10厘米处放置第一半透半反镜1，第一半透半反镜1的中心高度为固定高度h，调节第一半透半反镜1俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第一半透半反镜1的自准像和内调焦望远镜7目镜中的十字叉丝完全重合；b. 在距离第一半透半反镜1右侧放置第一全反镜3，所述第一半透半反镜1与第一全反镜3的中心点均在基准光轴上，所述第一半透半反镜1中心点与第一全反镜3中心点之间的距离为250厘米，第一全反镜3的中心高度为固定高度h，调节第一全反镜3俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第一全反镜3的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合；c. 在距离第一半透半反镜1左下方放置第二半透半反镜2，所述第一半透半反镜1的中心点和第二半透半反镜2的中心点之间的直线距离为50厘米，调节第二半透半反镜2俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第二半透半反镜2的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合，d. 在距离第一半透半反镜1为250厘米处放置第二全反镜4，第二全反镜4放置在精密马达上，调节第二全反镜4俯仰和旋转两个方向上的角度，直到第二全反镜4的自准像和内调焦望远镜目镜中的十字叉丝完全重合，完成镜子的角度调节，所述第一半透半反镜1、第二半透半反镜2、第一全反镜3、第二全反镜4之间均相互平行，且均与基准光轴之间有5度的夹角；

步骤3，零程差粗调：a. 移动精密马达，用直尺测量干涉仪两臂的距离，使干涉仪两臂约相等；b.用中心波长在660nm、带宽3 nm的窄带滤光片对白光光源10进行滤光，使出射的白光光源10的带宽为3nm，滤光后中心波长在660nm的窄带光源的相干长度为50微米，用第一透镜11对白光光源10进行准直，照到第一半透半反镜1上，用第二透镜12对白光光源10进行收集和准直，并将像成到距离第二透镜12右侧160厘米处的CCD13上，通过CCD13观察光强的变化；c. 移动精密马达，精密马达的步长设置小于白光光源10的相干长度，精密马达的步长设置为40微米，逐渐移动精密马达，直到在CCD13上看到干涉条纹，此时干涉仪两臂的距离差在50微米以内，完成干涉仪的粗调；

步骤4，零程差精确调节：在所述步骤3零程差粗调后，取下窄带滤光片，采用白光光源10进行照明，继续对第二全反镜4的前后距离进行精细调节，精密马达的步长设置为3微米，逐渐移动马达，直到CCD13上观察到白光干涉条纹，最后，将精密马达的步长设置为1微米，逐渐移动精密马达，使得CCD上记录的白光干涉条纹为一条，此时，干涉仪双臂的距离偏差小于2微米，完成干涉仪零程差的精确调节。

本实施例步骤1，a中第一小孔5和第二小孔6的固定高度h为16厘米、第一小孔5和第二小孔6的直径均为1毫米，两个小孔之间的距离为1.6米；步骤1，c中精密旋转台8的高度为158厘米，精密旋转台8的角度调节精度为0.01度；光学平板玻璃9的厚度为5厘米、宽度为5厘米，长度为120厘米，所述光学平板玻璃9两个工作面的面形由于1/8波长，两个面的平行度为1秒。

本实施例步骤2，a中第一半透半反镜1的中心高度为16厘米、直径为25.4毫米，厚度为6.0毫米；步骤2，b中第一全反镜3的中心高度h为16厘米、直径为25.4毫米，厚度为6.0毫米；步骤2，d中精密马达的调节范围为50.0毫米，该精密马达的最小步长为0.1微米；步骤3，a中干涉仪两臂距离的误差为1毫米。

本实施例内调焦望远镜物镜焦距f=208.34mm、调焦范围为102～354.5mm、视场角2ω=3°、分辨角为 5.6″、口径D=Φ25mm、测微目镜焦距为16.7mm、放大倍率为15倍、视场角2ω=36°，当用作自准直光管时精度为6”，当用作内调焦望远镜时检验孔径间同轴性精度在2米范围内为0.1MM。

本实施例中内调焦望远镜的光学系统原理图，如图3所示，由光源101发出的光束经过聚光镜102及反射棱镜103均匀地照明球面反射镜104球面反射镜上镀以铝全反射膜并刻去十字形膜层，当调焦物镜105被调在无穷远位置时，十字线洽好位于物镜系统105、106的焦平面上，因而，此时由十字线射出的光束通过物镜系统后，以平行光束射出，光束被反射面107（欲测物）反射回来后又通过物镜系统将十字线的象成在球面反射镜的镀铝面上，通过平面反射镜108及转象。物镜109在目镜110的分划板100上人们可以观察到十字线及其反射射象的重合程度，偏离值可在测微目镜的视场及测微鼓轮上读出。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。