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年出現的，它適宜在車間中使用。激光干涉儀在極接近標準狀態（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。從激光器發出的光束，經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換元件和電子線路等轉換為電脈沖信號，經整形、放大后輸入可逆計數器計算出總脈沖數，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），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定狀態，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結果。　　
　　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，激光器產生1和2兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經1/4波片后成為兩個互相垂直的線偏振光，再經分光鏡分為兩路。一路經偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經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各自的光電轉換元件、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。經可逆計數器計數后，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。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。