[发明专利]一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置，属于物理实验教学设备领域。该装置采用上位机控制器为核心控制单元，通过单片机，步进电机驱动器和步进电机控制迈克尔逊干涉仪读数鼓轮转动实现可动反射镜的移动，利用数据采集卡、硅光电池、电压信号放大器等测量干涉条纹中心的亮度，得到条纹中心亮度与步进电机转动步数（反映可动反射镜位置）的关系，从而计算出激光波长。本发明消除了条纹计数误差的影响，干涉条纹中心亮度的测量，采集和可动反射镜的移动均实现了自动化，提高了测量的效率，采集的同时，上位机软件自动绘出条纹中心亮度与可动反射镜位置的关系图，并自动保存数据和图像，测量速度快，精度高，操作简单。

技术领域

本发明涉及物理实验教学仪器技术领域，具体涉及一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置及其使用方法。

背景技术

迈克尔逊干涉仪的本质是薄膜干涉，是利用分振幅法获取相干光以实现干涉，通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。目前用的较多的是等倾干涉条纹，此时固定反射镜和可动反射镜垂直，在屏上观察到的是一组明暗相间的同心圆条纹，干涉条纹的级次以圆心为最大。当可动反射镜移动时，相当于薄膜的厚度发生变化，观察者将看到条纹从中心向外涌出或陷入中心。每当可动反射镜移动半个波长的时候，就有一个条纹从中心涌出或陷入中心，中心的亮暗情况也发生一次变化。

传统的迈克尔逊干涉实验中，要数出“涌出”或“陷入”的条纹个数N，读出可动反射镜移动的距离Δd，利用公式计算出激光波长λ。这种实验方式包括以下缺陷：为了减小误差，通常要通过人工计数来数出上百个干涉条纹，容易引起视觉疲劳，并且由于实验中干涉条纹不可避免的会有一些晃动，容易导致计数出现错误，而多次测量又会加重学生负担；为了确定可动反射镜的位置，需要读毫米刻度尺、读数窗口和读数鼓轮上的读数，由于光学实验一般都在黑暗的环境中进行，频繁的读数很不方便；在调节和测量过程中，必须非常细心和耐心，转动读数鼓轮时要缓慢、均匀，增加了劳动强度；为了防止引起回程差，每次测量时必须沿同一方向转动读数鼓轮，途中不能倒退；为了测量读数准确，使用干涉仪前必须对读数单元进行校正。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明的目的是提供一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置，不仅能从根本上消除回程差，提高数据采集效率，而且能快速、自动、准确地测量条纹中心的亮度与步进电机转动步数(反映可动反射镜位置)之间的关系，从而计算出激光波长。

本发明的另一目的是提供一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置的使用方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置，包括上位机控制器、氦氖激光器发光单元、迈克尔逊干涉仪、数据采集单元及可动反射镜移动单元，所述上位机控制器内置设有C语言编程方式的条纹测控软件；

所述迈克尔逊干涉仪上分别设有分光板、补偿板、固定反射镜及可动反射镜，且所述迈克尔逊干涉仪具有读数鼓轮，所述读数鼓轮套接有转轴；

所述氦氖激光器发光单元发出的光通过一扩束器传递给所述迈克尔逊干涉仪；

所述数据采集单元包括设有接收屏的屏幕固定架、电压信号放大模块、数据采集卡、双向转换器及KOB串口转USB转换器，所述接收屏接收来自所述迈克尔逊干涉仪的光波，且所述接收屏上设有硅光电池，所述硅光电池依次与所述电压信号放大模块、所述数据采集卡、所述双向转换器及所述KOB串口转USB转换器相连，所述KOB串口转USB转换器与所述上位机相连，所述电压信号放大模块还连接有供给电源Ⅰ，所述数据采集卡还连接有供给电源Ⅱ；

所述可动反射镜移动单元包括设有步进电机的电机固定架、单片机及步进电机驱动器，所述单片机与所述上位机控制器相连，且所述单片机依次与所述步进电机驱动器、所述步进电机相连，所述步进电机还通过联轴器与所述读数鼓轮的转轴相连，所述步进电机驱动器还可设定步进角，使所述迈克尔逊干涉仪的读数鼓轮按照所述步进电机驱动器的指挥转动，所述步进电机驱动器还与所述供给电源Ⅱ相连；