[发明专利]一种基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及室内设计技术领域，具体为一种基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪及其测量方法。

背景技术

迈克尔逊干涉仪（Michelson Interferometer）是美国科学家阿尔伯特•亚伯拉罕•迈克尔逊于1881年为了研究光速问题而设计的分振幅式双光束干涉仪。作为研究等厚干涉、等倾干涉和光源的时间相干性等的重要实验仪器，它在光学实验教学中具有重要的地位。然而，对于初步接触波动光学的人来说，传统的迈克尔逊干涉仪只能观察到毛玻璃上显示的干涉图样，无法对入射光场的分布及干涉光场的相位分布有更加深入形象地理解。同时，传统迈克尔逊干涉仪在应用于光波长的测量和介质折射率的测量等实验时，需要通过调节精密的机械位移机构来记录干涉条纹出现或淹没的个数，实验操作过程冗长繁琐，虽然陈业仙等提出了利用光电传感器来自动记录条纹数，但仍需要操作者精确移动平面反射镜的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪及其测量方法，本发明通过利用两个数字摄像头代替传统迈克尔逊干涉仪中的两个平面反射镜来记录入射球面光的数字全息图像。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪，其特征在于，

包括用于发出激光的氦氖激光器，

设置在氦氖激光器前方并用于将激光分为两条线路的第一平面分束镜，

设置在第一平面分束镜水平和竖直方向的并用于反射第一平面分束镜分出的光线的第一平面反射镜和第二平面反射镜，

设置在第一平面反射镜前方并用于将第一平面反射镜反射的光扩束准直为一束平面光且作为参考光的扩束准直系统，

设置在第二平面反射镜前方并用于将第二平面镜反射镜反射后的光变为发散的球面光的第一扩束镜，

设置在扩束准直系统和扩束镜交汇处并用于将扩束准直系统和第一扩束镜发出的光分别反射到第一CCD摄像机和第二CCD摄像机的第二平面分束镜，

以及与第一CCD摄像机和第二CCD摄像机通过数据线连接的计算机。

优选的，所述氦氖激光器、第一平面分束镜、第二平面反射镜、扩束准直系统、第一扩束镜、第二平面分束镜、第一CCD摄像机和第二CCD摄像机均安装在光学精密位移平台上。

所述光学精密位移平台设置有至少十六个螺孔，所述氦氖激光器、第一平面分束镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、扩束准直系统、第二平面分束镜、第一扩束镜、第一CCD摄像机和第二CCD摄像机均安装在支撑座上，支撑座通过旋入螺孔内的螺钉与光学精密位移平台连接。

扩束准直系统包括第二扩束镜和设置在第二扩束镜前方的准直镜。

一种基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、对两个CCD摄像机的图像进行同时采集，

2）、对采集到的图像进行FFt2傅里叶变换，

3）、对进行FFt2傅里叶变换的图像进行频域滤波，

4）、滤波完成后再进行iFFt2傅里叶逆变换得到球面光复振幅，

5）、提取球面光复振幅中球面光的相位并进行解包裹，

6）、拟合解包裹后球面光相位的波前曲面方程，

7）、建立数字相位掩膜对球面光复振幅进行解调后在计算机上显示球面光的三维图像。

8）、将解调后的两个球面光数字干涉叠加后在计算机上实时显示干涉图像，

9）、提取其中一个CCD上球面光方程的二次项系数求得球面光曲率半径d₀，

10）、在这个CCD前插入透明等厚介质，再次提取这个CCD上球面光方程的二次项系数求得球面光曲率半径d_n，

11）、解得透明介质的折射率n和相对误差E。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明是基于数字全息技术的迈克尔逊干涉仪，它利用两个数字摄像头代替传统迈克尔逊干涉仪中的两个平面反射镜，并引入与球面光相干的平面参考光与球面光干涉来记录入射球面光的数字全息图像。通过数字图像处理，它能更加直观地展现球面光波前三维立体图像，并采用数字干涉的方法实现传统迈克尔逊干涉仪的实验现象。