改进的迈克尔逊干涉仪测量钠黄光双线波长差

在迈克尔逊干涉仪实验教学及科学研究过程中发现齿轮经常脱扣的现象,这对测量结果产生了严重影响。本文中,我们将传统的齿轮咬合式迈克尔逊干涉仪改进为杠杆式迈克尔逊干涉仪,有助于避免齿轮咬合式迈克尔逊干涉仪中多个齿轮间容易脱扣的现象。利用钠光灯照射杠杆式迈克尔逊干涉仪,观察到了明显的光拍干涉图样,测量了钠黄光双线波长差。钠黄光双线波长差的测量结果为0.5953±0.0054(nm)。本文的研究有助于提升迈克尔逊干涉仪装置的测量稳定性,实现在光谱定标、光学传感、生化检测等领域的长期稳定使用;有助于提升学生发现问题、解决问题的能力;以及有助于学生提升将不同科目知识相结合的能力。

光纤激光传感器结构发展综述

光纤激光传感技术是光纤传感技术中的重要组成部分。首先介绍了光纤激光传感技术的原理,然后分析了基于单一结构和双结构的10种光纤激光传感器的原理和特性,并对比了2种传感结构的应用情况和温度灵敏度,最后从解调方式、多参量测量以及提升检测范围等3个方面对光纤激光传感技术进行了总结和展望。

基于LabVIEW的迈克耳孙干涉仪虚拟仿真平台

本文基于LabVIEW软件开发了一个迈克耳孙干涉实验的虚拟仿真平台,可以对真实的迈克耳孙干涉实验进行模拟仿真,并允许用户进行参数调整以实时可视化仿真结果.同时,为验证虚拟仿真实验平台的准确性,分别在真实的迈克耳孙干涉仪和虚拟仿真平台上完成测量光波波长实验,对二者实验结果进行对比分析.此外,还可采用该平台模拟探究光波波长、光波强度、空气薄膜厚度等因素与干涉条纹分布和光强分布的关系.在迈克耳孙干涉实验教学中,可以直接用该平台进行教学演示,并展示出不同条件下条纹分布的情况和光强分布的特点.该平台实现了实验与理论相结合,帮助学生学习基本光学仪器的使用方法,掌握光学实验操作规程,进而达到了提升教学效果的目标.

星载迈克尔逊干涉仪直线动镜的柔性支撑结构研究

针对传统迈克尔逊干涉仪动镜支撑结构存在成本高、寿命低、维护难度大、大行程大负载下导向精度差的问题,设计了一种高精度迈克尔逊干涉仪角镜柔性支撑结构,具有低成本、高精度、大负荷的优点。提出以柔性支撑结构的承载能力、行程和导向精度为优化目标的结构刚度模型,选择材料和尺寸参数,开展运动结构设计。有限元分析结果表明该支撑结构在1.5 kg的负载(角镜)下,当行程达到4.5 mm时,柔性结构的最大拉应力约为169 MPa,结构安全裕量为1.98,角镜竖直方向的寄生位移小于4.1μm。专项测试结果显示,支撑结构承载1.5 kg负载(角镜)在4.5 mm行程内,竖直方向的寄生位移小于4.7μm,直线度的均方根误差为1.5μm,与设计结果较吻合,可以满足星载迈克尔逊干涉仪对高精度直线动镜的支撑要求。

一阶光学游标效应的全光纤温度传感器

本文提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉计(FPI)和迈克尔逊干涉计(MI)并联的全光纤温度传感器,该传感器由单模光纤依次错位熔接一段悬浮芯光纤和一段单模光纤而成,熔接和切割形成的反射面构成了FPI干涉计和MI干涉计,且MI干涉计的光程约为FPI干涉计光程的2倍(略大于2倍),从而,两干涉计产生了一阶谐波游标效应。实验结果表明,该传感器干涉谱中出现了具有明显一阶谐波游标效应特征的双包络,且随着温度的升高,干涉谱双包络逐渐红移,红移量远大于单个MI干涉计;在20℃~120℃的温度范围内,该传感器的温度灵敏度为208 pm/℃,约为单个MI干涉计的20.8倍,约为单个FPI干涉计的245倍;升降温实验以及同一温度多次测量实验均表明,该传感器具有良好的重复性和稳定性。该传感器在同一根光纤内实现了FPI和MI并联,其传感头总长度仅约为584.4μm,且为全光纤尖端结构,因此,特别适合于小空间环境高温检测。

综合实验试题D:基于迈克耳孙干涉仪的液晶光学和光场相干性实验

介绍了第9届全国大学生物理实验竞赛综合研究性实验试题D的命题设计和实验内容,并给出参考解答以及竞赛结果分析.综合实验试题D基于迈克耳孙干涉仪实验系统,测量液晶双折射率的光学属性和电光调制效应,测量LED光源的相干时间,探究如何改善光场的空间相干性.竞赛结果表明:大部分考生对教学大纲中涉及迈克耳孙干涉仪中的基本实验内容掌握较好,但对常规仪器设备的扩展使用和应用能力尚存在不足,开放性的自主设计和搭建实验光路对培养学生完成既定实验目标的能力仍有待提高.

利用迈克耳孙干涉仪研究光的时间和空间相干性

采用迈克耳孙干涉光路,搭配光电探测器和光纤光谱仪,分别测量时域和光谱信号.在光谱信号的辅助下,调节干涉光路准直和两臂光程差,快速定位白光干涉等光程点.利用压电位移台带动扫描镜在等光程点附近进行光学延迟扫描,测量时域干涉波形,实现对光源相干长度的测量.LED白光光源搭配带通滤光片,实现不同谱宽光源相干长度的测量对比.利用小孔光阑限制扩展光源的发光尺度,分析干涉条纹对比度,实现空间相干性的演示和测量.

利用光杠杆测透镜的曲率半径

基于光杠杆测量物体微小形变的思想,结合光杠杆与迈克耳孙干涉仪移动平台,搭建了测量透镜曲率半径的装置.利用光杠杆足尖位置和平凸透镜所在球面的几何关系,推导出曲率半径的测量公式,并测量了不同规格透镜的曲率半径.实验结果表明:使用该装置测量的曲率半径与利用牛顿环装置的测量值相近.

“物理建模”实验教学模式的教学实践——以“迈克尔孙干涉仪测量激光波长”实验为例

在物理实验教学中发现,低年级本科生普遍缺乏物理建模思维,难以通过科学知识的建构历程获得对知识的深刻而全面的理解.为解决此问题,国防科技大学的大学物理实验课程以“物理建模”思想和“精益思想”创新教学模式,开展“物理建模”实验教学模式的教学设计,强化物理建模思维的培养.通过该教学模式在大学物理实验课程中的教学实践,以“迈克尔孙干涉仪测量激光波长”实验为例详细介绍“物理建模”实验教学模式的教学设计,为物理实验的教学改革提供借鉴.

基于赛题多角度分析等倾干涉原理及现象

分析了第39届全国中学生物理竞赛复赛第一题涉及的所有考点,对分光板镀膜引起的相位差和干涉场内、外侧条纹不同步的变化规律做出解释,相比官方参考答案给出更基本、详细的原理分析和公式推导及多种解题思路,为参加竞赛的师生对波动光学及实验的基础学习提供更丰富的学习参考.

白光和激光扩展光源协同调节白光等厚干涉条纹

白光等厚干涉条纹是迈克尔逊干涉仪等光程的标志,由于其可观察范围小导致调节困难。通过分析常规调节方法中存在动镜调节方向、速度和是否消除回程差不易确定以及实验者易失去耐心等问题,提出使用白光和激光扩展光源协同调节的方法。根据激光干涉条纹的形状和移动方向确定动镜调节的方向和速度以及回程差是否消除,使实验者集中注意力,获得良好效果。通过实时对比激光和白光等厚干涉条纹,加深学生对白光等厚干涉条纹特点的理解。

双光源干涉法测量液态薄膜厚度

以迈克尔逊干涉仪为核心设备搭建实验系统,提出双光源光学干涉条纹的调试方案,引入基于Python的图像处理技术,分析基准图样与调节图样的重合度判断调节边界,实现薄膜厚度的精确测量。以肥皂膜为样品进行了实验,结果表明该实验方案具有良好的可操作性和可重复性,较目视估算法提升了测量精度,为无损测量液态薄膜厚度提供了解决方案,也可引入大学物理实验课程,提升学生研究创新能力。

迈克耳孙干涉仪白光干涉现象分析

在利用迈克耳孙干涉仪观察白光干涉并测量透明介质折射率的实验中,一个关键的步骤是在没有引入待测介质时观察到白光干涉的基础上,移动一臂的反射镜(动镜)使得引入介质后干涉条纹再次出现.在实际的实验中,会出现动镜移动的距离为标准结果一半时就观察到干涉图样的情况.本文从理论上分析这一现象出现的原因,并设计对比实验进行了实验分析.本文的理论和实验结果表明这种现象源于光束单次通过尺寸较小且只占视场小部分区域的待测介质.另外,该次干涉条纹出现在介质区域之外,而标准结果的条纹出现在介质区域之内.

改进型迈克尔逊干涉仪测量溶液变温折射率

将单片机、摄像头、步进和减速电机等模块添加到传统的迈克尔逊干涉仪上进行改进,基于Open CV图像识别技术进行干涉条纹识别,使用改进后的迈克尔逊干涉仪测量乙醇溶液在不同温度下的折射率,并拟合出折射率与温度的关系式。实验验证,改进后的装置使用方便,测量准确。拟合后的曲线较好地反映乙醇溶液折射率随温度的变化关系,可以为科教、工业等领域提供数据参考。

基于迈克尔逊干涉的金属线胀系数测量装置

我们设计了一种基于迈克尔逊干涉的金属线胀系数测量装置。此装置中金属棒长度的微小变化可通过干涉条纹的吞吐直观观察,可操作性强,更重要的是大大提高了金属线胀系数测量的精确度,有利于增强学生对物理实验的学习兴趣,培养学生的创新能力。

基于迈克耳孙等厚干涉的三自由度位移测量

提出了基于迈克耳孙等厚干涉的多自由度位移读取方法,可实时高精度测量目标反射镜3个自由度的运动,包括1个平动自由度和2个转动自由度.本文给出了干涉的测量原理、实验设计以及测试结果,验证了测量方案的可行性.通过与高精度商用运动平台标定测试,实现了三自由度运动测量,位移和角度灵敏度分别达到了1 nm/Hz 1/2@>1 mHz和10μrad/Hz^(1/2)@>1 mHz,动态范围分别超过了10 mm和100 mrad.这种测量方法可广泛应用于大学物理实验教学、微小位移计量以及工业精密制造等领域.

对迈克尔逊干涉仪测波长实验的几点思考

该文对迈克尔逊干涉仪的非定域干涉测波长原理进行了细致分析。通过肉眼直接观看,以是否有光强明暗变化为标准,进行快速调节。不仅对仪器零点调节进行了叙述,还对迈克尔逊干涉仪实验中丰富的思政元素进行了分析。

基于Michelson光纤干涉的GIS局部放电超声信号检测技术

传统的局部放电超声检测技术主要是使用PZT传感器进行检测,但其性能已难以满足电力设备局部放电超声检测需求。近年来,研究人员对光纤超声传感器开展了大量研究,但缺乏针对传感器检测下限的研究,且测试较少在真实GIS平台上开展。为此,基于Michelson干涉原理研制光纤超声传感系统,并研究芯轴尺寸对传感器性能的影响规律,搭建声发射传感器性能测试平台,探究光纤传感器对微弱超声信号的检测性能,优化传感单元设计方案。在此基础上,基于126 kV GIS开展干涉型光纤超声传感器局部放电检测性能测试。实验结果表明:所研制干涉式光纤超声传感系统可用于实际GIS设备局部放电超声信号检测,所研制的光纤超声传感器平均灵敏度为82.5dB(0dB=1V/(m×s-1)),比PZT传感器(R15a)高18.7dB。对于GIS壳体尖端放电,光纤超声传感器的局部放电检测电压比PZT低44%,可测放电量低37.2%。在相同超声信号激励下,光纤传感器最大响应幅值比PZT高552%。

高速转镜干涉成像光谱仪

介绍一种高速转镜干涉光谱仪原理,提出一种基于该原理的干涉成像光谱仪,该成像光谱仪有较大视场角,提高了扫描效率,特点是用带有倾角平面反射镜转动代替传统Michelson干涉成像光谱仪动镜的直线运动,解决了Michelson干涉成像光谱仪扫描效率低和不稳定的难题.

光纤GIS局放超声检测系统相位反馈控制

干涉型光纤超声传感是一种高灵敏度的局部放电检测方法,但其现场应用时可能受到环境中低频振动噪声的干扰,降低检测灵敏度。为此,提出了相位跟踪反馈方法,确定了反馈系统参数;然后建立了真型126k V GIS局部放电超声传感研究平台,该平台可模拟现场GIS电动力及开关动作所产生的振动噪声;最后,开展了GIS局部放电检测试验。研究结果表明:相位跟踪反馈可以补偿干涉传感系统中的相位变化,保证了传感系统灵敏度的稳定性;相位跟踪反馈方法可有效抑制由1.8 kHz以下低频噪声引发的相位衰落问题;采用相位跟踪反馈方法后,干涉型光纤超声局部放电传感系统测量灵敏度优于传统压电陶瓷传感系统,满足现场应用需求。