激光干涉儀的工作原理

　　摘要：干涉儀是以激光波長為已知長度、利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測量位移的通用長度測量工具。單頻的是在20世紀60年代中期出現(xiàn)的，zui初用于檢定基準線紋尺，后又用于在計量室中精密測長。雙頻激光干涉儀是1970年出現(xiàn)的，它適宜在車間中使用。本文詳細介紹了激光干涉儀的工作原理，供讀者們了解。
　　
　　干涉儀是以激光波長為已知長度、利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測量位移的通用長度測量工具。激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。單頻的是在20世紀60年代中期出現(xiàn)的，zui初用于檢定基準線紋尺，后又用于在計量室中精密測長。雙頻激光干涉儀是1970年出現(xiàn)的，它適宜在車間中使用。激光干涉儀在極接近標準狀態(tài)（溫度為20℃、大氣壓力為101325帕、相對濕度59%、CO2含量0.03%）下的測量度很高，可達1×10。
　　
　　單頻激光干涉儀
　　
　　圖1為單頻激光干涉儀的工作原理。從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機按計算式［356-11］　　
　　式中λ為激光波長（N為電脈沖總數(shù)），算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結(jié)果。　　
　　雙頻激光干涉儀
　　
　　圖2為雙頻激光干涉儀的工作原理。在氦氖激光器上，加上一個約0.03特斯拉的軸向磁場。由于塞曼分裂效應和頻率牽引效應，激光器產(chǎn)生1和2兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個互相垂直的線偏振光，再經(jīng)分光鏡分為兩路。一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束，另一路成為僅含有f2的光束。當可動反射鏡移動時，含有f2的光束經(jīng)可動反射鏡反射后成為含有f2±Δf的光束，Δf是可動反射鏡移動時因多普勒效應產(chǎn)生的附加頻率，正負號表示移動方向（多普勒效應是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運動時會產(chǎn)生變化）。這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會合成為f1-（f2±Δf）的測量光束。
　　
　　測量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進入減法器相減，輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經(jīng)可逆計數(shù)器計數(shù)后，由電子計算機進行當量換算（乘1/2激光波長）后即可得出可動反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗*力強。它常用于檢定測長機、三坐標測量機、光刻機和加工中心等的坐標精度，也可用作測長機、高精度三坐標測量機等的測量系統(tǒng)。利用相應附件，還可進行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。