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Thorlabs 怎樣使用剪切干涉儀準直激光?

來源: 青島森泉光電有限公司    2023年03月17日 13:10  

怎樣使用剪切干涉儀準直激光?

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

當激光入射剪切干涉板時,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(假設為直條紋)。對于準直的入射光束,條紋將平行于磨砂玻璃上的參考線。對于會聚或發(fā)散的入射光束,條紋將發(fā)生旋轉。

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準直光束                                      會聚或發(fā)散光束


使用剪切干涉儀有兩個基本注意點。


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法重疊,也就無法產(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。

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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相干光源的準直,而且光源的相干長度應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單頻激光的準直,但不適合寬譜光源。比如,對于帶寬約為20 nm630 nm LED,相干長度只有20 µm左右,比剪切板的光程差小幾個量級。

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剪切板光程差和光源相干長度計算


對于處于單頻和寬譜之間的光源,建議先根據(jù)上圖中黃色標亮的公式估計光源的相干長度,然后對比剪切板引入的光程差,以此確定剪切干涉儀是否適用。


大直徑光束的準直

我們將測試光束經(jīng)過兩種不同擴束比后的準直。實驗中使用兩個平凸透鏡擴束,入射光束先通過di一個透鏡會聚,隨后發(fā)散,在通過di二個透鏡后重新準直。

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兩平凸透鏡的擴束示意圖


shou先使用大剪切板測試大直徑光束。如下圖所示,將di一個透鏡固定在準直光源近前方,然后大致放好di二個透鏡。沿導軌移動di二個透鏡,當干涉條紋剛好和參考線平行時,透鏡處于zui,佳準直點。

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如果di二個透鏡朝遠離光束焦點的方向移動,條紋將順時針旋轉。如果朝向焦點運動,條紋將逆時針旋轉。當透鏡從zui,佳準直點偏離時,不管從哪個方向,條紋將逐漸變細并靠攏,zui,終混在一起而無法分辨。

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光束質量的影響

如果光束存在畸變或波前誤差,條紋將會變混亂,無法用作準直參考。舉個簡單的例子,如果在光路中插入一個透明塑料盒,條紋就會變得彎彎曲曲,很可能就無法和參考線對齊。在這種情況下,我們可能要找到光束畸變的原因,或者采用其它準直方法。

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塑料盒導致波前誤差,條紋變混亂


小直徑光束的準直

把第二個透鏡從長焦距換成短焦距后,輸出光束直徑變得太小,因此大剪切板也要相應地換成小剪切板。更換時要小心,不要造成損傷,因為有些大尺寸剪切板玻璃是從安裝座背面突出來的。

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

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通過放大觀測屏看細小的條紋


zui,佳用法總結

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


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