双频激光干涉仪的应用

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1、技术资料双频激光干涉仪的应用(2010-03-0121:55:22)转载标签：杂谈【摘要】：随着20世纪60年代初激光的出现，几何量计量技术的发展步入了崭新的时期。双频激光干涉仪正是利用激光具有频率稳定、单色性好等优点，在几何量计量领域发挥着越来越重要的作用。双频激光干涉仪具有精度高、应用范围广、环境适应能力强、实时动态测速高等一系列无可比拟的优势，成为几何量计量活动的生力军。相比于激光干涉仪，现代双频激光干涉仪摆脱了计量室的束缚，在越来越广阔的工程测量领域大显身手。因此，双频激光干涉的发明对计量事业的发展乃至整个科学事业的发展有着举足轻重的作用

2、。本文根据双频激光干涉仪应用领域的最新发展，对双频激光干涉仪的应用进行了简要的总结。【关键词】激光干涉仪测量几何量【引言】双频激光干涉仪的发明把几何量计量发展推向了又一个高峰，双频激光干涉仪是目前精度最高、量程最大的长度计量仪器，以其良好的性能、在很多场合，特别是在大长度与大位移的精密测量中得到广泛应用。就长度计量而言，通常将200m以上的测量称为距离测量（DistanceMeasurement），3m以下的称为一般长度测量，3~200m之间的测量称为大尺寸测量(LargeDimensionMeasurement)[1]。双频激光干涉仪在一般长度

3、精密测量中多有使用。双频激光干涉仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度．直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。不仅在单纯的长度计量领域，在其他工程技术领域，双频激光干涉仪的应用也越来越广泛，不乏一些很有创见的应用。关于双频激光干涉仪在解决某个工程测量问题的研究已经有非常多的成功案例，以

4、双频激光干涉仪为关键词的学术论文不胜枚举，对双频激光干涉仪的应用，国内外很多学者常常有很独到的理解。双频激光干涉仪的应用也不断发展更新，所以，有必要对它的应用做一些有益的总结，使人们更好的理解双频激光干涉仪的应用，为推动生产发展提供一些理论依据。1，双频激光干涉仪的基本原理1.1   干涉仪原理知识共享技术资料He-Ne激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量系统应用非常广泛：精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测；精密仪器中的定位检

5、测系统如精密机械的控制、校正；大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测系统；微小尺寸的测量等[2]。激光干涉仪分为单频激光干涉仪和双频激光干涉仪，它们主要运用了光波干涉的原理。在大多数激光干涉测长系统中，都采用了迈克尔逊干涉仪或类似的光路结构[3]。根据物理光学迈克尔逊双光束干涉仪测长公式为 式中：L——被测长度；    λ——波长；     K——干涉条纹数。可将（1）式改写为： 式中：——激光在真空中的波长；       ——折射率。如图1所示，光源S发出的光经分光镜G1分成两束，一束透过分光镜入射到测量反光镜M2后返回，另一束反射后透过

6、补偿镜G2再入射到参考反射镜M1后返回，两束光在分光镜相遇发生干涉，干涉仪处于起始位置，其初始光程差为2（Lm-Lc）/，对应的干涉条纹为： 式中：——测量光路长度；      ——参考光路长度。 图1，干涉仪光路图   当反射镜M2移动到M2’时，设被测长度为d，那么 知识共享技术资料于是可以写成：K=K2+K1，K1为初始位置时的干涉条纹数，K2为测量条纹数。在实际测量中，通常取K1=0，对应测量长度d计数器得到的条纹数K=K2。1.2   双频激光干涉仪原理双频激光干涉仪的原理是建立在塞曼效应、牵引效应和多普勒效应的基础之上的。其原理如图2

7、所示，在全内腔He-Ne激光器上加约0.03T的轴向磁场，由于塞曼效应和牵引效应，发出一束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，它们的频率差大约是1.5MHz左右。这束光经1/4波片之后成为两个互相垂直的线偏振光，再经平行光管准直和扩束。从平行光管出来的这束光经过析光镜反射出一小部分作为参考光束通过45°放置的检偏器。并由马吕斯定律可知，两个垂直方向的线偏振光在45°方向上投影，形成新的线偏振光并产生拍频。这个拍频频率恰好等于激光器所发出的两个光频的差值即（f1-f2），约为1.5MHz。经光电元件接受进入前置放大器和计算机。另一部分透过析光镜沿

8、院方向射向偏振分光棱镜。互相垂直的线偏振光f1和f2被分开。f2射向参考立体直角锥棱镜后返回，f1透过偏振分光棱镜到立体直角锥棱镜——测