测钠双线波长差实验原理的探讨

文献[1]是以钠黄光的两条谱线强度相等时,推断视见度取极小值的位置,并认为视见度的极小值始终为零。本文讨论的是低压钠灯发出的黄光是强度不等的两条Gauss型谱线。文中先导出Michelson干涉仪产生的干涉条纹的视见度与谱线线型的关系式,然后从钠黄光的实际线型出发,分析这个实验的原理。同时还可看到,实验中视见度的极小值并非为零。     

用迈克尔逊干涉仪测量波长差的两个问题

用迈克尔逊干涉仪测量波长差涉及到两个问题:一、视见度与光程差的关系;二、波长差公式的推导。在实验教学的过程中,发现有的教材对这两个问题的分析有错误。例如,《普通物理实验》(三、光学部分)一书中有下面一段论述:“从某一视见度为零到相邻的下一次视见度为零,一个波长的亮条纹和另一波长的暗条纹恰好颠倒。即,如果第一次视见度为零时,λ_1为亮条纹,那么第二次它即为暗条纹,也就是光程差的变化Δl对λ_1是半个波长的奇数倍,同时对λ_2也是半个波     

迈克尔逊干涉仪中实现等倾等厚干涉的条件

用面光源照明迈克尔逊干涉似,可以获得等倾和等厚的干涉条纹。其实现的条件为1.等(?)干涉要求反射镜M_1与反射镜M_2的虚象M’_2,平行(见图1),实验中能达到的平行度是多少?调出等倾条纹时,左、右(或上、下)移动眼晴,圆条纹随眼作平移,条纹半径基本不变。如半径略有变化,中心由暗变亮。则表明M’_1、M’_2不完全平行。     

复色平面光波与复色发散球面光波干涉的光强分布的模拟

利用Matlab数值模拟复色平面光波与复色发散球面光波相遇发生复杂干涉现象时的光强度分布,由数值模拟直观地看到:对于同一级次的干涉圆环形条纹,波长短的光波形成的干涉圆环处于内侧,波长长的光波形成的干涉圆环处于外侧,且它们都是同心圆;波长长的光波形成的圆环形干涉条纹相邻条纹之间的距离比波长短的形成的圆环形干涉条纹相邻条纹之间的距离大.     

用法布里—珀罗干涉仪测钠双线波长差

用迈克尔逊干涉仪测钠双线波长差的实验中要测得在相继两次视见度为零时,活动镜 M_1移过的距离Δd.在视场中心出现视见度为零的位置全凭人用眼判断,在实验中发现,人眼对视见度为零的位置的判定准确性较差,而且活动镜 M_1在移动过程中并非时时处处都与 M′_2严格平行,有时视见度为零的地方不是在视场中心而是在边缘出现,这都给测量Δd 带来较大的误差.     

宏观可分辨量子态的产生和检测

本文利用SO(3)旋转群性质得到了非线性双折射介质模型的一个严格解.由此证明相干态进入双折射介质后将产生宏观上可分辨的量子迭加态.为检测它们所产生的干涉条纹,本文采用零拍检测方案,计算了初态为线偏振和圆偏振相干光时零拍检测器输出流的几率分布.     

扫描白光干涉测量技术的算法比较

干涉条纹零光程差位置的确定是扫描白光干涉测量的关键技术之一。介绍了扫描白光干涉法测量物体轮廓的原理,讨论了确定白光干涉条纹零级条纹位置的几种方法,并对随机生成的表面进行了大量的数字模拟测量和分析比较,得出了各种算法对测量准确度的影响。研究结果对白光干涉的应用研究提供了可靠的理论根据。     

基于机器视觉的干涉条纹检测

基于机器视觉系统OpenMV,以迈克耳孙干涉仪干涉条纹为研究识别对象,根据光源相干性及干涉条纹动态特性,提出基于灰度采样统计的干涉条纹识别检测算法(干涉条纹同心形态搜索算法),运用MicroPython或Python语言编制实时检测程序,运行结果表明仿真和真实干涉条纹都得到了可靠的检测,精度为0.5个条纹,并且测量不确定度主要由算法制定的此条纹检测精度引起,证明了干涉条纹机器视觉检测方法和技术的有效性.     

多光源白光干涉仪的最佳波长组合

使用多个宽带光源构成的组合光源的白光干涉仪,其干涉信号为单个光源干涉信号的叠加,从而使干涉信号强度重新分布。通过理论分析和计算机模拟,发现一个最佳波长组合,使干涉信号零级条纹与次级极大条纹的强度差变大,且由于它的使用可以更精确地确定零级中心条纹的位置,提高系统分辨率,降低对系统信噪比的要求,并提出了选择最佳波长组合的方法。     

基于点光源的迈克耳孙干涉实验条纹的机理分析

一般国内的大学物理和大学物理实验教材都只介绍干涉圆条纹和直线干涉条纹,用迈克耳孙干涉仪可以调制出椭圆和双曲线干涉条纹;但对条纹形成的理论推导很少涉及．本文根据点光源双光束干涉理论,分析基于点光源照明的迈克耳孙干涉实验中所产生的各种可能的干涉条纹：双曲线形干涉条纹、圆形干涉纹、椭圆形干涉纹及直线形干涉纹的形成条件．本文也对等倾干涉条纹、等厚干涉条纹与既非等倾也非等厚干涉条纹的机理进行分析和比较．通过对每一种干涉图样的解析分析和比较,旨在对迈克耳孙干涉实验有更全面和更深刻的了解．     

电光材料调制误差对平行光束干涉投影的影响

为研究电光材料调制误差对干涉条纹质量的影响,建立了电光晶体对干涉条纹的成像模型,分析了晶体折射率、平面度与波前调制的关系及其非理想情况下的条纹成像特征。实验表明,晶体折射率的畸变会使干涉条纹变形,折射率离散化阶数直接造成投影条纹的高次谐波成分,甚至使投影条纹严重失真;在折射率线性增长的情况下,晶体平面度在0.1 μm的范围内也会引起干涉条纹畸变。     

干涉条纹的处理方法研究

论述了干涉图的图像处理方法,提出了干涉图反高斯变换的光强平均分布处理,保证了干涉图信号的完整性,同时将基于视觉零交叉理论的边缘检测方法应用于干涉条纹的边缘检测中,精确地检测了干涉条纹的边缘,减小了上干涉条纹提取相位差的误差,并与常用的二值化方法进行比较,最后给出了一个有效的干涉条纹细化方法,并与其它处理方法进行了比较 。     

空间相干性的演示

当光源的空间相干度下降时，非定域干涉条纹随之变化为定域条纹．本文用Ｈｅ－Ｎｅ激光器、透镜和毛玻璃屏组成一个时间相干性极好而空间相干性连续可调的光源，在迈克尔逊干涉仪上形成干涉条纹，对该干涉条纹进行观察，以便了解光源的空间相干性．     

远距离环状干涉条纹形成的初步实验

 针对远距离激光干涉成像中条纹的形成进行了研究。分析了成像所需条纹的特点，表明干涉条纹成像系统的带宽决定于条纹的空间带宽。讨论了传统的迈克尔逊干涉仪结构在激光干涉成像中应用的不足之处，并在迈克尔逊干涉仪的基础上，提出一种变形的光路结构，用于在远距离上形成圆对称环状干涉条纹，同时报道了利用该变形结构在约50m的距离上观察到的条纹，表明了该光路结构的可行性。     

时空联合调制空间外差干涉成像仪自适应条纹模板研究

时空联合调制型空间外差干涉成像光谱仪(TS-SHIS)推扫图像中有明显的干涉条纹,这会导致传统的图像配准方法对TS-SHIS推扫图像配准计算结果的影响较大。鉴于此,提出一种基于目标干涉数据的自适应条纹模板构建方法,采用该方法消除TS-SHIS推扫图像中的干涉条纹,并利用曲面拟合加梯度法对消条纹后的推扫图像进行图像配准。仿真及实验研究结果表明,所提方法能够有效消除TS-SHIS推扫图像中零光程差处的干涉条纹;干涉条纹对配准计算的影响得到抑制;消条纹处理对图像配准计算结果的影响在0.02 pixel以内。     

迈克耳孙干涉仪非定域干涉条纹分析

针对迈克耳孙干涉仪实验调节过程中经常会出现椭圆、双曲线等非圆形二次曲线条纹的现象,本文基于点光源条件下非定域干涉的原理,推导出了干涉条纹满足的曲线方程,分析了不同条件下干涉条纹的形状,发现观察屏上可呈现圆、椭圆、抛物线、双曲线和直线5种类型的干涉条纹.基于理论结果进行了数值模拟和实验验证,数值模拟结果和实验结果吻合较好.     

关于迈克尔逊实验中几个问题的讨论

本文给出了迈克尔逊实验中干涉条纹的间距公式 ,讨论了干涉条纹间距的变化规律以及激光波长的不确定度评定的方法。     

白光光源光谱对白光干涉信号的影响

传统白光光源一般由一个纯高斯函数来进行模拟,通过改变中心波长和带宽来调节干涉信号.本文分别利用高斯模型和洛伦兹模型来讨论白光干涉信号,得出中心波长与相干长度的比值越大,零级条纹可见性越高,以及高斯模型的可靠范围.鉴于现代白光光源与传统光源不同,以发光二极管(LED)为例,模拟研究现代白光光源对白光干涉信号的影响.利用洛伦兹模型模拟白色LED光源时干涉信号存在凹陷,通过合理调整LED拟合光峰值间的距离降低凹陷对零级条纹的影响,以期得到在实际应用中干涉特性较优的白光光源光谱.     

地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究

我们研制的地基气辉成像干涉仪(ground based airglow imaging interferometer,GBAⅡ)样机成功地探测了地球上空90—100 km的大气风速和温度.为了提高GBAⅡ的探测精度,本文研究GBAⅡ所拍摄的成像干涉条纹的定标:对干涉条纹中心位置定标、电荷耦合器(CCD)暗噪声和平场定标、整个光学系统衰减系数定标、步进步长定标、光程差随入射角变化量定标、仪器响应度定标和零风速相位定标等理论和实验进行了研究.利用最小二乘法对GBAⅡ拍摄的30幅成像干涉图的圆心坐标定标在CCD(123.3,121.1)像素位置;利用632.8 nm激光获得GBAⅡ所用CCD的平场定标系数矩阵,分别得到平场前后的干涉图并检测出CCD的噪声和坏点;利用GBAⅡ获得图像的边缘亮环相位与中心亮斑相位的差值对入射角10.24°时,光程差相对0°入射角时变化了0.356个条纹;拍摄200幅成像干涉图的实验离散点进行正弦拟合后的均方根标准偏差达90.34%,该完整干涉条纹的步进间隔为4.06 nm,对应步进相位为0.0094π;针对正演公式中GBAⅡ的系统衰减系数对所拍摄的原始干涉图利用IDL编程得到光学系统衰减系数的多项式,拟合的均方根标准偏差达99.98%;采用632.8 nm激光作光源,简化了GBAⅡ的响应度表达式,通过实验得其响应度为4.97×10~(-3)counts·(Rayleigh·s)~(-1);针对GBAⅡ室外观测,给出零风速定标的矩阵表达式后,对532.0 nm和632.8 nm激光的对应零风速相位分别为-9.2442°和-68.6353°.本文提供了多种定标方法,并逐一通过实验进行验证,为国内被动遥感探测高层大气风场提供了强有力的实验支持.     

双光学平板莫尔条纹实验

传统的莫尔(Moire′)条纹一般是在一组透射光栅上实现的。本文提出了一种实现莫尔条纹的新方法——双光学平板法。利用两块相同厚度的光学平板产生的多光束干涉效应来产生莫尔条纹。原理光线斜入射至一光学平板时,其反射光会在远处屏幕上产生一组清晰的干涉条纹。再使第一平板上的反射光以同样入射角入射到第二平板上。最终的反射光为两组干涉条纹的重叠,即产生了莫尔条纹。实际光路见图,激光束由透镜L略加扩束后到达固定平