共光路干涉式微小楔角的绝对测量

　　角度作为一个基本的物理量，对其精确测量有非常重要的意义。很多场合下只有首先测量出角度的大小，才能开始后续工作。本文依照共光路干涉原理， 采用绝对测量方法，完成对楔角的动态测量。理论和实践均表明该系统具有很强的抗干扰能力，测量精度和系统稳定性基本上可达到理论上的期望值。且系统较为简 单，可很方便地推广于实际应用中。

　　原理及系统安排

　　1.基本原理

　　考虑一平面波光源，照射以匀速v横向运动的光学劈尖上，若劈尖角度为a，选择劈尖顶点为坐标原点，其光强与速度的关系为:

　　显然，光强为一周期性的三角函数，在速度一定驱驱动动计计算机测量量时，测出光强信号的周期或频率，就可以得到角度值。

　　当a角度很小时，可能测量不出一个完整的条纹周期，因此需要在测量信号周期的同时测量出位相的变化，以推广到普遍的情况。为了保证测量精度，在光路设计时，一定要把各种干扰因素对光路的影响降低到最低限度。

　　2.实验系统及光路安排

　　为了满足上述要求，光路系统安排如上:在上述系统中两束测量光对称地照射到光楔的同一位置。前后表面的反射光相干涉，分别进入探测器A和探测器 B，在光路中的两个入/4波片6和7是为了改变光的偏振状态，使反射光能通过偏振分光片2和3而到达探测器。这样，由于采用同光路的干涉方式，使得外部环 境对光路的干扰降低到最小限度。

　　若光学调制器使得入射光振幅按a+的规律进行调制，则对于平面波，通过调制器后光振动表达式可以写成:

　　这里的听为调制频率，k为光的传播矢量，。为光频率，并忽略了一些无关的常数。

　　从(2)式看出，这种调制将光频分裂为三个频率，一个为原来的频率，另外两个为原来频率分别增加和减少了。

　　这样光通过光路系统和光楔后，探测器接受到的干涉信号包含一个直流分量;一个频率为。T的交流分量，和一个频率为的交流分量。通过探测器的前置放大，去掉倍频分量和直流后，干涉光强信号可写成为一初位相，r则为同一路信号的样品前后表面反射光的光程差)。由此可以写出两路光的干涉信号分别为:

　　即两路信号的位相差仅取决于两路干涉光的光程差的改变量。由于在光路安排中采用共光路方式，在光楔外部的大多数空间内实际的光程差为。，这样两路信号的位相差(光程差的改变量)就由光楔内部和靠近样品表面的光程差所决定。光线的传输如图2。