阅读说明：本技术 一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针 (Step appearance probe based on michelson is interfered ) 是由 李文海 于 2020-11-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及实验设备技术领域,且公开了一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针,包括固定架,固定架的中心固定设置有准直器,准直器中心的上部设置有准直透镜,准直器的上部耦接有总线光纤,总线光纤的上端设置有分光器,分光器的上方设置有输入光纤,分光器的右侧设置有输出光纤,准直器中心的下部耦接有耦合光纤,耦合光纤的下段固定连接有顶盖,顶盖的下方设置有氩气室,氩气室的上端连接有两根气管,氩气室的下端固定连接有测头支架。该基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针,通过在耦合光纤内设置耦合器和环形镜,使得干涉位置在耦合光纤内,借助支架固定,大大减小了各种振动干扰,且光感偏移的方式相比电感不会受到磁场干扰,更为稳定。(The invention relates to the technical field of experimental equipment and discloses a step profiler probe based on Michelson interference, which comprises a fixed frame, wherein a collimator is fixedly arranged at the center of the fixed frame, a collimating lens is arranged at the upper part of the center of the collimator, a bus optical fiber is coupled to the upper part of the collimator, a light splitter is arranged at the upper end of the bus optical fiber, an input optical fiber is arranged above the light splitter, an output optical fiber is arranged at the right side of the light splitter, a coupling optical fiber is coupled to the lower part of the center of the collimator, a top cover is fixedly connected to the lower section of the coupling optical fiber, an argon gas chamber is arranged below the top cover, two gas pipes are connected to the upper end of the argon gas chamber. This step appearance probe based on michelson interferes through set up coupler and annular mirror in coupling optic fibre for the interference position is fixed with the help of the support in coupling optic fibre, has reduced various vibration interferences greatly, and the inductance can not receive magnetic field interference, and is more stable is compared to the mode that the light sense squinted.)

一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针

技术领域

本发明涉及实验设备技术领域，具体为一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针。

背景技术

迈克尔逊干涉是通过改变两束光的光程，从而在光屏上形成不同的干涉图样。干涉条纹是等光程差的轨迹，因此，相同波长的两束光，其相干光的光程差位置分布的函数也是固定的，通过记录光屏上干涉条纹变化即可算出光程差变化。

台阶仪属于接触式表面形貌测量仪器。其测量原理是：当探针沿被测表面轻轻滑过时，由于表面有微小的峰谷使触针在滑行的同时，还沿峰谷作上下运动。探针的运动情况就反映了表面轮廓的情况。探针的上下运动信号被捕捉转化为电信号经过降噪、滤波、解调等电路后记录下探针偏离平衡位置的精确位移，以表征被测物表面形貌。

现有的台阶仪探针多使用电容式传感器、灵敏度高，探针结构简单，但是后续降噪电路复杂，随着电容老化，测量精度下降严重，且因电磁影响波动大，低频相应时间长，整体使用寿命短。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，具备抗电磁干扰、响应速度快的优点，解决了传统电容式探针老化快、低频响应慢的问题。

(二)技术方案

为实现上述抗电磁干扰、响应速度快的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，包括固定架，所述固定架的中心固定设置有准直器，所述准直器中心的上部设置有准直透镜，所述准直器的上部耦接有总线光纤，所述总线光纤的上端设置有分光器，所述分光器的上方设置有输入光纤，所述分光器的右侧设置有输出光纤，所述准直器中心的下部耦接有耦合光纤，所述耦合光纤的下段固定连接有顶盖，所述顶盖的下方设置有氩气室，所述氩气室的上端连接有两根气管，所述氩气室的下端固定连接有测头支架，所述测头支架的中心设置有针形测头，所述针形测头的顶端设置有高反镜，所述耦合光纤的中心有内芯，所述内芯的外部包覆有高透包层，所述高透包层的外部包覆有外皮，所述耦合光纤的上段设置有耦合器，所述耦合光纤的下段设置有环形镜。

优选的，所述总线光纤、输入光纤和输出光纤均使用单模光纤。

优选的，所述耦合光纤使用多模光纤，其包层材质也使用透光性好的材料。

优选的，所述氩气室上下密封连接，其上端所连的气管不分进出口。

优选的，所述测头支架内设置有限制针形测头下降与上升极限位置的机构。

优选的，所述耦合器截断耦合光纤设置，上下表面与被截光纤熔接。

优选的，所述环形镜为上表面为镜面的环形结构，其内径与高透内芯直径一致，其上下表面与被截光纤熔接。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，具备以下有益效果：

1、该基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，通过在耦合光纤内设置耦合器和环形镜，使得干涉位置在耦合光纤内，借助支架固定，大大减小了各种振动干扰，且光感偏移的方式相比电感不会受到磁场干扰，更为稳定。

2、该基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，通过将光程改变的位置设置于氩气室内，既减小了灰尘和空气密度差异等因素制造的测量误差，也使测头上下移动的行程阻力减小，使测量更加精确，反应更灵敏。

附图说明

图1为本发明主要结构示意图；

图2为本发明耦合光纤爆炸图；

图3为本发明准直器结构及光路示意图；

图4为本发明耦合光纤结构及光路示意图；

图5为本发明氩气室内光路示意图。

图中：1、固定架；2、准直器；3、准直透镜；4、总线光纤；5、分光器；6、输入光纤；7、输出光纤；8、耦合光纤；9、顶盖；10、氩气室；11、气管；12、测头支架；13、针形测；14、高反镜；81、内芯；82、高透包层；83、外皮；84、耦合器；85、环形镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，一种基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，包括固定架1，固定架1的中心固定设置有准直器2，准直器2中心的上部设置有准直透镜3，准直器2的上部耦接有总线光纤4，总线光纤4的上端设置有分光器5，分光器5的上方设置有输入光纤6，分光器5的右侧设置有输出光纤7，总线光纤4、输入光纤6和输出光纤7均使用单模光纤准直器2中心的下部耦接有耦合光纤8，耦合光纤8使用多模光纤，其包层材质也使用透光性好的材料，耦合光纤8的下段固定连接有顶盖9，顶盖9的下方设置有氩气室10，氩气室10的上端连接有两根气管11，氩气室10上下密封连接，其上端所连的气管11不分进出口，氩气室10的下端固定连接有测头支架12，测头支架12的中心设置有针形测头13，测头支架12内设置有限制针形测头13下降与上升极限位置的机构，针形测头13的顶端设置有高反镜14，耦合光纤8的中心有内芯81，内芯81的外部包覆有高透包层82，高透包层82的外部包覆有外皮83，耦合光纤8的上段设置有耦合器84，耦合器84截断耦合光纤8设置，上下表面与被截光纤熔接，耦合光纤8的下段设置有环形镜85，环形镜85为上表面为镜面的环形结构，其内径与高透内芯81直径一致，其上下表面与被截光纤熔接。

工作原理:该基于迈克尔逊干涉的台阶仪探针，激光发生器作为光源，发射激光从输入光纤6进入分光器5后进入总线光纤4，向下穿过准直器2内准直透镜3后垂直由耦合光纤8上端面射入内芯81，此时为单入射光束，进入耦合器84后被分为两束，一束垂直穿过耦合器84向下进入氩气室10，另一束被分出偏转从高透包层82向下到达环形镜85上表面被反射后原路返回至耦合器84，进入氩气室10的光束到达底部高反镜14被反射原路返回至耦合器84，因两束反射光波长相同发生干涉，两束相干光再经过总线光纤4向上进入分光器5后，从右侧输出光纤7输出进入机器解调，当针形测头13在被测表面移动带动高反镜14上下移动时，进入氩气室10的相干光光程发生变化，造成输出光束相位变化，机器解调计算光程差即可得到针形测头13位移量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。