怎样使用剪切干涉仪准直激光？

原创 insights Thorlabs索雷博 2023-03-15 12:00 发表于上海

工作原理和使用条件

当激光入射剪切干涉板时，如果前后表面的反射光束重叠并发生干涉，那么顶部的磨砂玻璃板上将出现干涉条纹(假设为直条纹)。对于准直的入射光束，条纹将平行于磨砂玻璃上的参考线。对于会聚或发散的入射光束，条纹将发生旋转。

准直光束                                      会聚或发散光束

使用剪切干涉仪有两个基本注意点。

di一，如果剪切板很厚但光束直径很小，那么两反射光束将无法重叠，也就无法产生干涉条纹。因此，光束直径bi须处于剪切板适用的光束直径范围。

剪切板太厚                                   更换薄剪切板

反射光束不重叠                               反射光束重叠

di二，剪切干涉仪只能用于检验相干光源的准直，而且光源的相干长度应约等于或大于两反射光束的光程差。因此，剪切干涉仪非常适合检测单频激光的准直，但不适合宽谱光源。比如，对于带宽约为20 nm的630 nm LED，相干长度只有20 µm左右，比剪切板的光程差小几个量级。

剪切板光程差和光源相干长度计算

对于处于单频和宽谱之间的光源，建议先根据上图中黄色标亮的公式估计光源的相干长度，然后对比剪切板引入的光程差，以此确定剪切干涉仪是否适用。

大直径光束的准直

我们将测试光束经过两种不同扩束比后的准直。实验中使用两个平凸透镜扩束，入射光束先通过di一个透镜会聚，随后发散，在通过di二个透镜后重新准直。

两平凸透镜的扩束示意图

shou先使用大剪切板测试大直径光束。如下图所示，将di一个透镜固定在准直光源近前方，然后大致放好di二个透镜。沿导轨移动di二个透镜，当干涉条纹刚好和参考线平行时，透镜处于zui,佳准直点。

如果di二个透镜朝远离光束焦点的方向移动，条纹将顺时针旋转。如果朝向焦点运动，条纹将逆时针旋转。当透镜从zui,佳准直点偏离时，不管从哪个方向，条纹将逐渐变细并靠拢，zui,终混在一起而无法分辨。

光束质量的影响

如果光束存在畸变或波前误差，条纹将会变混乱，无法用作准直参考。举个简单的例子，如果在光路中插入一个透明塑料盒，条纹就会变得弯弯曲曲，很可能就无法和参考线对齐。在这种情况下，我们可能要找到光束畸变的原因，或者采用其它准直方法。

塑料盒导致波前误差，条纹变混乱

小直径光束的准直

把第二个透镜从长焦距换成短焦距后，输出光束直径变得太小，因此大剪切板也要相应地换成小剪切板。更换时要小心，不要造成损伤，因为有些大尺寸剪切板玻璃是从安装座背面突出来的。

小光束的干涉条纹可能太细太接近，无法凭肉眼分辨。在此情况下，我们可以使用放大观测屏。它里面有放大镜，可以将微小的条纹放大并显示在顶部的磨砂玻璃上。然后，调节透镜位置使条纹和参考线平行即可。

通过放大观测屏看细小的条纹

zui,佳用法总结

剪切干涉仪是快速检验光源准直的好工具，但使用时要满足一些条件：光源的相干长度足够长才能产生干涉条纹；波前误差很小才能产生不错的条纹；光束处于剪切板推荐的直径范围。当然，剪切干涉仪还应放在准直光束范围内进行检测，也就是到准直束腰的距离要小于瑞利距离。

另外，剪切干涉仪只是一种定性检测工具。如果要测量光束的具体参数，建议使用光束轮廓仪或波前传感器。

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