一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置的制作方法

1.本发明专利涉及光学技术领域，尤其是一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置。


背景技术：

2.迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪中最常见的一种，其发明者是美国物理学家阿尔伯特
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亚伯拉罕
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迈克尔逊。迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定(即满足干涉条件)，所以能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。
3.迈克尔逊干涉仪的最著名应用即是它在迈克尔逊-莫雷实验中对以太风观测中所得到的零结果。除此之外，由于激光干涉仪能够非常精确地测量干涉中的光程差，在当今的引力波探测中迈克尔逊干涉仪以及其他种类的干涉仪都得到了相当广泛的应用。迈克尔逊干涉仪还被应用于寻找太阳系外行星的探测中，虽然在这种探测中马赫-曾特干涉仪的应用更加广泛。迈克尔逊干涉仪还在延迟干涉仪，即光学差分相移键控解调器的制造中有所应用，这种解调器可以在波分复用网络中将相位调制转换成振幅调制。
4.现有技术中，迈克尔逊干涉仪的干涉光先后两次经过干涉分束镜，详见图1所示，这就导致最终得到的干涉光强度会受到较大影响，通过测量，其出射光强(干涉光强度)只有入射光强的25％，损耗较大，过多的光损不利于后期的高精度观测与分析应用。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置，通过转角镜单元实现入射光与出射光上、下分层结构的光路设计，达到入射光只经过一次干涉分束镜，出射光不经过干涉分束镜，具备高光通量的出射光强，大大降低了入射光的光损耗。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置，包括：干涉分束镜、第一反射镜、第二反射镜、分束立方体以及转角镜单元；所述转角镜单元包括：第一转角镜、第二转角镜和位移台，所述第一转角镜与第二转角镜设置在所述位移台上；
7.通过所述干涉分束镜、第一反射镜、第二反射镜、分束立方体以及转角镜单元，架构出第一层面和第二层面两层光路通道，使得出射光无需再次经过干涉分束镜，通过第二层面直接射出，降低了出射光的光损耗。
8.作为一种举例说明，所述入射光束处于第一层面；
9.作为一种举例说明，所述出射光束处于第二层面；
10.进一步的，入射光源从右侧射入，所述干涉分束镜向右倾斜，并与入射光源产生的入射光束呈45
°
夹角，同时经过干涉分束镜的分束作用，分束入射光束后得到第二入射光束；
11.所述入射光束与所述第二入射光束互相垂直，且均保持在第一层面；
12.进一步的，所述分束立方体设置在所述干涉分束镜的正下方，并保证所述第二入射光束与所述分束立方体的上表面垂直；所述第二入射光束经所述分束立方体的分束效应后，产生一束向右的反射光束和一束向下的透射光束；所述透射光束与所述分束立方体下表面垂直；所述反射光束与所述透射光束互相垂直，且均保持在第一层面；所述反射光束与所述透射光束光强相等；
13.进一步的，所述透射光束经第一反射镜反射后，形成射向第一转角镜的第一反射光束；
14.所述透射光束与第一反射光束之间形成45
°
夹角；
15.进一步的，所述反射光束经第二反射镜反射后，形成射向第二转角镜的第二反射光束；
16.所述反射光束与第二反射光束之间形成45
°
夹角；
17.所述透射光束、反射光束、第一反射光束与第二反射光束共同处在第一层面；
18.作为一种举例说明，所述透射光束、反射光束、第一反射光束、第二反射光束以及第一反射光束与第二反射光束的延长线构成一个等腰直角三角形；
19.进一步的，所述第一反射光束经第一转角镜后，形成分层的、射向第一反射镜的第一转角光束；所述第二反射光束经第二转角镜后，形成分层的、射向第二反射镜的第二转角光束；所述第一转角光束与第二转角光束处于第二层面；
20.作为一种举例说明，所述第一转角镜与第二转角镜结构相同；
21.作为一种举例说明，所述第一转角镜采用两个等腰直角三角形反光镜上下衔接而成的结构，所述第一转角镜可将平行射入的光通过两次反射后，与平行射入的光平行的、且分层的反射回去；
22.作为一种举例说明，所述第一层面处于第二层面的上方；本发明优选第一层面处于第二层面的上方；
23.作为一种举例说明，所述第一层面还可以处于第二层面的下方；
24.进一步的，所述第一转角光束经第一反射镜反射后，形成射向分束立方体底部的第三反射光束；所述第二转角光束经第二反射镜反射后，形成射向分束立方体右侧面的第四反射光束；
25.所述第一转角光束、第二转角光束、第三反射光束和第四反射光束共同处在第二层面；
26.作为一种举例说明，所述第一转角光束、第二转角光束、第三反射光束、第四反射光束以及第一转角光束和第二转角光束的延长线也构成一个等腰直角三角形；
27.进一步的，所述第三反射光束经所述分束立方体后，形成第二透射光束、所述第四反射光束经所述分束立方体后，形成第五反射光束，所述第二透射光束、第五反射光束干涉后形成出射光，经所述干涉分束镜的下方第二层面无阻挡射出，因为出射光不会再次经过干涉分束镜，故而可以得到高通量的光强度；
28.进一步的，所述分束立方体中心与第一反射镜中心的距离为x，所述分束立方体中心与第二反射镜中心的距离亦为x；所述第一反射镜的中心距离第一转角镜的距离为x/2，所述第二反射镜的中心距离第二转角镜的距离也为x/2；所述第一反射镜的中心距离第二反射镜的中心1.4x长；
29.作为一种举例说明，所述第三反射光束与所述透射光束在纵向上重合；
30.作为一种举例说明，所述第四反射光束与所述反射光束在纵向上重合；
31.作为一种举例说明，所述第一反射光束与所述第一转角光束在纵向上重合；
32.作为一种举例说明，所述第二反射光束与所述第二转角光束在纵向上重合；
33.本发明的有益效果：
34.1、通过双转角镜单元的巧妙接入，实现入射光与出射光上、下分层结构的光路设计，具备高光通量的出射光强。
35.2、本发明结构简单，维护方便，适合推广。
36.3、双转角镜构成上下两层光路，入射光经转角镜反射转入第二层光路，并且光路经分层之后，出射光不再经过入射光的分束镜，理论上相比传统迈克尔逊干涉仪的25％光通量，可提升一倍光强。
附图说明
37.图1是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之现有技术原理示意图。
38.图2是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之原理结构示意图(立体示意图)。
39.图3是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之光束上、下分层原理示意图(侧视示意图)。
40.图4是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之原理结构示意图(俯视示意图)。
41.图5是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之转角镜单元原理结构示意图。
42.图6是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之现有技术出射光光效率实验检测数据图。
43.图7是本发明一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置之本发明出射光光效率实验检测数据图。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
45.参照图2至图5所示，一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置，包括：干涉分束镜101、第一反射镜102、第二反射镜103、分束立方体104以及转角镜单元；所述转角镜单元包括：第一转角镜105、第二转角镜106和位移台107，所述第一转角镜105与第二转角镜106设置在所述位移台107上；
46.通过所述干涉分束镜101、第一反射镜102、第二反射镜103、分束立方体104以及转角镜单元，架构出第一层面201和第二层面301两层光路通道，使得出射光302无需再次经过干涉分束镜101，通过第二层面301直接射出，降低了出射光302的光损耗。
47.作为一种举例说明，所述入射光束202处于第一层面201；
48.作为一种举例说明，所述出射光束302处于第二层面301；
49.进一步的，入射光源从右侧射入，所述干涉分束镜101向右倾斜，并与入射光源产生的入射光束202呈45
°
夹角，同时经过干涉分束镜101的分束作用，分束入射光束202后得
到第二入射光束203；
50.所述入射光束202与所述第二入射光束203互相垂直，且均保持在第一层面201；
51.进一步的，所述分束立方体104设置在所述干涉分束镜101的正下方，并保证所述第二入射光束203与所述分束立方体104的上表面垂直；所述第二入射光束203经所述分束立方体104的分束效应后，产生一束向右的反射光束204和一束向下的透射光束205；所述透射光束205与所述分束立方体104下表面垂直；所述反射光束204与所述透射光束205互相垂直，且均保持在第一层面201；所述反射光束204与所述透射光束205光强相等；
52.进一步的，所述透射光束205经第一反射镜102反射后，形成射向第一转角镜105的第一反射光束206；
53.所述透射光束205与第一反射光束206之间形成45
°
夹角；
54.进一步的，所述反射光束204经第二反射镜103反射后，形成射向第二转角镜106的第二反射光束207；
55.所述反射光束204与第二反射光束207之间形成45
°
夹角；
56.所述透射光束205、反射光束204、第一反射光束206与第二反射光束207共同处在第一层面201；
57.作为一种举例说明，所述透射光束205、反射光束204、第一反射光束206、第二反射光束207以及第一反射光束206与第二反射光束207的延长线构成一个等腰直角三角形；
58.进一步的，所述第一反射光束206经第一转角镜105后，形成分层的、射向第一反射镜102的第一转角光束302；所述第二反射光束207经第二转角镜106后，形成分层的、射向第二反射镜103的第二转角光束303；所述第一转角光束302与第二转角光束303均处于第二层面301；
59.作为一种举例说明，所述第一转角镜102与第二转角镜103结构相同；
60.作为一种举例说明，所述第一转角镜102采用两个等腰直角三角形反光镜上下衔接而成的结构，所述第一转角镜102可将平行射入的光通过两次反射后，与平行射入的光平行的、且分层的反射回去；
61.作为一种举例说明，所述第一层面201处于第二层面301的上方；本发明优选第一层面201处于第二层面301的上方；
62.作为一种举例说明，所述第一层面201还可以处于第二层面301的下方；
63.进一步的，所述第一转角光束302经第一反射镜102反射后，形成射向分束立方体104底部的第三反射光束304；所述第二转角光束303经第二反射镜103反射后，形成射向分束立方体104右侧面的第四反射光束305；
64.所述第一转角光束302、第二转角光束303、第三反射光束304和第四反射光束305共同处在第二层面301；
65.作为一种举例说明，所述第一转角光束302、第二转角光束303、第三反射光束304、第四反射光束305以及第一转角光束302和第二转角光束303的延长线也构成一个等腰直角三角形；
66.进一步的，所述第三反射光束304经所述分束立方体104后，形成第二透射光束，所述第四反射光束305经所述分束立方体104后，形成第五反射光束，所述第二透射光束与第五反射光束干涉后形成出射光302，经所述干涉分束镜101的下方第二层面301无阻挡射出，
因为出射光302不会再次经过干涉分束镜101，故而可以得到高通量的光强度；
67.进一步的，所述分束立方体104中心与第一反射镜102中心的距离为x，所述分束立方体104中心与第二反射镜103中心的距离亦为x；所述第一反射镜102的中心距离第一转角镜105的距离为x/2，所述第二反射镜103的中心距离第二转角镜106的距离也为x/2；所述第一反射镜102的中心与第二反射镜103的中心距离为1.4x；
68.作为一种举例说明，所述第三反射光束304与所述透射光束205在纵向上重合；
69.作为一种举例说明，所述第四反射光束305与所述反射光束204在纵向上重合；
70.作为一种举例说明，所述第一反射光束206与所述第一转角光束302在纵向上重合；
71.作为一种举例说明，所述第二反射光束207与所述第二转角光束303在纵向上重合；
72.效果测量验证：
73.通过验证激光效率来验证本发明光通量，打入一束稳定激光功率的激光光束，可以看出经不同的干涉仪其光效率也不同；
74.①
常规迈克尔逊干涉仪其光效率为25％左右，详见图6所示；
75.②
而本发明提出的一种高光通量迈克尔逊干涉仪装置经验证光效率为50％左右，详见图7所示。
76.可以看出本发明对于光通量有着明显的提升。
77.本发明通过双转角镜单元的巧妙接入，实现入射光与出射光上、下分层结构的光路设计，具备高光通量的出射光强。本发明结构简单，维护方便，适合推广。双转角镜构成上、下两层光路，入射光经转角镜反射转入第二层光路，并且光路经分层之后，出射光不再经过入射光的分束镜，实际检测对比传统迈克尔逊干涉仪的25％光通量，可提升一倍光强。
78.以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。