光杠桿法測量光微小位移研究

劉玲 張朝民

【摘要】介紹了一種高精度光微小位移測量方法。利用球面鏡將入射光（及移動微小位移之后的光）反射到觀測屏，可將光束微小位移放大到人能用直尺測量的厘米量級，根據(jù)測得的觀測屏上兩反射光之間的距離，推到出光微小位移的計算公式，從而達到利用低精度手段測量高精度量的目的。

【關(guān)鍵詞】激光測量 微小位移 球面鏡 反射

微小位移測量是實現(xiàn)精加工的前提和基礎(chǔ)，也一直是物理領(lǐng)域人們熱衷研究的對象。對于光微小位移的測量，學(xué)科還處于技術(shù)發(fā)展階段，在國內(nèi)外尚未形成絕對的學(xué)科和技術(shù)優(yōu)勢。

本文推到的光微小位移的計算公式可用于研究古斯-漢欣位移效應(yīng)，該方法理論上可將光束的位移放大到幾千倍，實現(xiàn)對1微米光束位移的測定，為一些高精度要求實驗提供理論支持，未來在實驗應(yīng)用上有著廣泛的發(fā)展前景。

1測量公式推導(dǎo)

通過理論分析推算得出光微小位移與觀測屏上兩反射光線的距離關(guān)系式，并對所得式子展開化簡得出光微小位移測定近似公式。實驗原理示意圖如下：

（圖1）中為球面反射鏡中心點到觀測屏的垂線，點為光源開始的位置，點為光源移動后的位置，點為點發(fā)出的光束經(jīng)球面反射鏡點反射到觀測屏上的像點，點為光源移至點發(fā)出的光束經(jīng)球面反射鏡點反射到觀測屏上的像點，觀測屏上兩像點的距離可測，以觀測屏為軸，球面鏡中心點到觀測屏的垂線為軸建立直角坐標系，設(shè)球面鏡半徑為，，球面鏡球心點距觀測屏距離為，且，法線的斜率為，則

故反射光線的斜率為：

由公式（10）可知，研究要測的光微小位移的倒數(shù)與觀測屏上兩反射光線的距離d的倒數(shù)呈一次函數(shù)線性相關(guān)，故我們可根據(jù)測量得到的d求得光束的微小位移。

2結(jié)語

從推倒出的公式我們可以看出，測量觀測屏上兩反射光線的距離就可以求得光束的微小位移，當(dāng)球面反射鏡到觀測屏的距離為10米左右，球面反射鏡的直徑為1厘米時，光源光束移動的距離通過光桿桿的方法放大了近千倍，實現(xiàn)了對光源光束微米級的移動的測定，對光學(xué)精密測定有著重要意義。