光学干涉测量重点技术

1、光学干涉测量技术一干涉原理及双频激光干涉1、干涉测量技术干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。干涉测量技术是以光波干涉原理为 基本进行测量的一门技术。相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过度析解决 干涉条纹获取被测量的有关信息。当两束光亮度满足频率相似，振动方向相似以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干 涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为：I = 11 +12 + 2、,花 cos&式中 建两束光达到某点的光程差。明暗干涉条纹浮现的条件如下。相长干涉（明）：1 = 1 m广 112+2至，相消干涉（暗）：I = I = I +1 - 2 TT min 121 2 当把被测量

2、引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。通过测量干涉条纹 的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的多种物理量和几何量。按光波分光的措施，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。按相干光束传播途径，干涉 仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测 面与参照原则波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密 度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹 的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。下图是通过度波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。光学测量常用的

3、是分振幅式 等厚测量技术。图般光源获得相干光日勺途径与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高敏捷度、高精度等特点。干涉 测量应用范畴十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率勺变化及振动等方面 勺测量。在测量技术中，常用勺干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二、马赫-泽德干涉仪、菲索 干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；随着激光技术勺浮现及其在干涉测量领域中应用，使干涉测 量技术在量程、辨别率、抗干涉能力、测量精度等方面有了明显勺进步。70年代后来，抗环 境干扰勺外差干涉仪（交流干涉仪）发展迅速，如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪勺 浮现使干涉仪构造更加简朴、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。从

4、光学零件勺质量控制到光学 系统勺象质评价，从典型勺光学技术到自适应光学工程，现代干涉测量技术勺应用领域不断 扩展。另一方面，现代数字图像解决技术、传感器技术和计算机技术使干涉图像判读技术实 现了计算机实时自动判读，大大提高了干涉测量勺精度和敏捷度。At图二迈克尔逊干涉仪原理图下面我们重要简介干涉测量原理勺实际应用双频激光干涉仪，并简朴简介其工作原理以及其测量中具有日勺优势。2、干涉测:原理勺实际应用双频激光干涉仪2.1干涉仪：实现干涉测量勺仪器叫干涉仪。激光干涉仪是一种所谓增量法”测长勺仪 器，它是把目勺反射镜与被测对象固联，参照反射镜固定不动，当目勺反射镜随被测对象移 动时，两路光束勺光程差

5、即发生变化，干涉条纹也将发生明暗交替变化。若用光电探测器接 受，当被测对象移动一定距离时，条纹亮暗交替变化一次.光电探测器输出信号将变化一种 周期，记录下信号变化勺周期数，便拟定了被测长度。2.2单频激光干涉仪：从激光器发出勺光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别 从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹（其原理图类似迈克尔 逊干涉仪原理图）。当可动反射镜移动时，干涉条纹勺光强变化由接受器中勺光电转换元件 和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由相 应勺公式算出可动反射镜勺位移量L。使用单频激光干涉仪时，规定周边大气处在稳定状态，

6、多种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量成果。2.3双频激光干涉仪：双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪勺基本上发展勺一种外差式 干涉仪。和单频激光干涉仪同样，双频激光干涉仪也是一种以波长作为原则对被测长度进行 度量勺仪器。它可用于精密机床、大规模集成电路加工设备等勺在线在位测量、误差修正和 控制。双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，克服了一般单频干涉仪测量信号直流漂移勺 问题，具有信号噪声小、抗环境干扰、容许光源多通道复用等诸多长处使得干涉测长技术能 真正用于实际生产。目前干涉仪产品大多为双频激光干涉仪。2.4双频激光干涉仪原理：图三为双频激光干涉仪勺工作原理图。单模氦氖激光器置 于纵向磁场中

7、，由于塞曼效应使输出激光分裂为具有一定频差（约12MHz ），旋 转方向相反勺左右圆偏振光。双频激光干涉仪就是以这两个具有不同频率勺圆偏 振光作为光源勺。左右圆偏振光通过1/4破片后成为互相垂直勺线偏振光f、f （其中f垂直于纸面，f平行于纸面）。环形臧审扩束裱直暮分光微反射惟7TI7JS撮分光境 / TOC o 1-5 h z -r星岳匆 mitf*，4擢1怦携啊制1/4波片偏摭片LJJW/K，fi fi Ji -Oj A /jf料技可逆比数欧字壮后图三双频激光干涉仪的工作原理分光镜使f 、f日勺部分光反射，另一部分光透射。反射光经偏振片1后由左侧日勺 光电探测器接受并经前置放大整形电路解决，作为后续电路解决日勺基准信号。透射光通过偏 振分光镜后使f 、 f分离，偏振方向平行于纸面勺/光透过偏正分光镜到固定在被测122量物体上日勺可动反射镜，当可动反射镜随被测量物体移动时，f产生光日勺多普勒效应，返 2回日勺频率变为f 土N，国为多普勒频移量，它涉及了可动反射镜日勺位移信息。返回勺f f 土国光在偏振分光镜处再度汇合，经反射镜后由右侧日勺光电探测器接受并经前置放大 整形电路解决，作为系统日勺测量信号。下面是对两处光电探测器处光强状况勺讨论:设左侧光电探测器处两