检测第一次讨论课 激光干涉测长仪
激光干涉测量技术
数字处理
A O
C
B
O’
D
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
3）位置跟踪控制系统
误差分析：
激光干涉测量过程中，由于跟踪转镜的转角不参与对测量值的计算，所以只要在 运动过程中能保证干涉仪能进行干涉测量，不丢光，就能完成测量任务。电气系统 的稳态误差不会对测量精度产生影响。
A O
C
B
O’
D
光电池位置偏差对干涉仪测量精度的影响：光电池位置偏差对激光跟踪干涉仪测距精度影响不大，
新建立4个约束方程，可见存在一个冗余方程。
A B
D 3）只要增加动点数，使得冗余的约束方程个数大于或等于系统
未知参数，就可对系统进行标定。
C
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
解决自标定问题 四路激光跟踪干涉测量系统——引入n个动点
1）两点间距离公式，可建立4n个约束方程。 2）同时引入了3n个未知量（每个动点的x、y、z坐标）。 3）系统原有的未知量 共3×(4+1)＝15个
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
三路激光跟踪干涉测量系统
每一路激光跟踪干涉仪实时跟踪目标镜运动，并测量出目标镜到 跟踪转镜中心的相对长度变动量。
•如果动点到基点的初始长度已知，
P
那么动点移动后，其到基点的距离也就可以确定。
A B
•如果三个基点的相对位置关系也已知， 那么空间种运动目标的位置也就唯一确定。
基点1
基点2
基点3
基点4
基点5
L1 (x0 xb1)2 ( y0 yb1)2 (z0 zb1)2
初 始
L2 (x0 xb2 )2 ( y0 yb2 )2 (z0 zb2 )2
激光干涉测长的基本原理
激光干涉测长的基本原理
激光干涉测长是一种非接触式测量方法，其基本原理如下：
1. 使用激光器产生一束单色、相干、窄束的激光。
2. 将激光分为两束，分别称为参考光和测量光。
参考光经过一个反射镜反射，与测量光相向而行。
3. 测量光照射到被测对象上，经过反射后再次与参考光相遇。
4. 参考光和测量光在相遇的地方形成干涉条纹。
这是因为两束光波相干叠加时，会出现干涉现象。
5. 干涉条纹的形态和幅度受到测量光程的影响。
测量光程是测量光从激光器出射到被测对象反射回来的总路程，包括参考光程和被测对象的光程。
6. 通过观察干涉条纹的形态和移动的情况，可以确定测量光程变化的大小，从而计算出被测对象的长度或距离。
激光干涉测长具有高精度、高分辨率、快速响应等特点，广泛应用于工业制造、科学研究、精密测量等领域。
激光干涉测量
激光干涉测量xxxxxxxxxxxxxxx 摘要：干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。
20世纪60年代以来，由于激光的出现、隔振条件的改善及电子与计算机技术的成熟，使干涉测量技术得到长足发展。
本文介绍了激光干涉的基本原理。
关键词：激光干涉测量双频激光干涉仪由于科学技术的进步，干涉测量技术已经得到相当广泛的应用。
一方面因为微电子、微机械、微光学和现代工业提出了愈来愈高的精度和更大的量程，其它方法难以胜任；另一方面因为当代干涉测量技术本身具有灵敏度高、量程大、可以适应恶劣环境、光波和米定义联系而容易溯源等特点，因而在现代工业中应用非常广泛。
激光的出现在世界计量史上具有重大的意义。
用稳频的氦氖激光器作为光源，由于它的相干长度很大，干涉仪的测量范围可以大大的扩展；而且由于它的光束发散角小，能量集中，因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收，变为电讯号，并由计数器一个不漏的记录下来，从而提高了测量速度和测量精度，比如说我国自行设计与制造的以氦氖激光器作为光源的光电光波比长仪，可以在20分钟之内把1米线纹尺上1001条刻线依次自动鉴定完毕，精度达到±0.2μm，这就是激光干涉仪的成功例证。
一、激光干涉仪的介绍激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量，有单频的和双频的两种。
1、单频激光干涉仪从激光器发出的光束，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。
当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的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，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。
使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
2、双频激光干涉仪双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪，，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。
激光干涉测长技术
8
辩向干涉系统 如图所示为泰曼——格林型旳偏振干涉系统，其特点是用一偏振分束 器替代常规旳分束板，并在干涉仪旳不同部位安顿了某些不同旳偏振器件 （在照明系统中安顿一1/2波片，在参照光路和测量光路中各安顿一1/4波 片，而在接受部分安顿一检偏振器）。图中由He-Ne激光器输出旳线偏振 光入射到1/2波片上，1/2波片能够绕光轴旋转，以使经它出射旳偏振光振 动方向定位在任何所需旳方向上。偏振分束器旳作用是把输入旳偏振光按 偏振方向分束，使测量光束和参照光束偏振方向相互垂直。
3、2、4 、1 ；反向移动时，脉冲排列顺序为1 、 4、2、3、 1，如
图所示。在逻辑电路上可根据脉冲1旳背面是1或4来鉴别正向加脉冲 或反向减脉冲，并分别逆入加脉冲旳“门”或减脉冲旳“门”中去， 从而可得到总旳加脉冲或减脉冲信号。
判向电路除提升了仪器旳 抗干扰能力外，还把一种周期 旳干涉条纹变化（即亮暗变化 一次）变成四个脉冲输出信号。 所以在测长时，当条纹变一条 时，可逆计数器显示4个脉冲 数，这等于把条纹4细分了， 常称四倍频计数。此时每一脉 冲代表λ/8旳移动量，所测得 旳长度
第六章 激光干涉测长技术
自从1823年杨氏（Thomas Young）首先用试验措施研究光 旳干涉现象以来，对光干涉旳本质及其应用研究已延续近223 年旳历史。激光旳出现和计算机技术，微电子技术旳发展给光 干涉技术注入了新旳活力，并已成为当代光学中一种主要旳分 支。激光干涉测量技术不但被广泛用于对物体长度、角度、形 状、位移等几何量旳测量，还可利用其测量原理对物理量（如 形变、速度、振动等）及光学系统特征（如象差，光学传递函 数）等进行测量。
（2）析光镜上经常产生非期望光线。
析光板产生旳非期望光线
● 动条纹：除了在析光板镀膜面上分裂而成旳两条期望旳相干 光线1、2处，还可能产生光线3和4，其光强虽代于前者，若所形成条 纹旳间隔合适还是足以觉察出来，它和期望旳干涉图样一样，也会伴 随反射镜旳平移而运动。
物理实验技术中激光干涉仪操作步骤详解
物理实验技术中激光干涉仪操作步骤详解激光干涉仪是一种常用的物理实验技术，它利用激光的干涉现象来测量光学元件的性能。
本文将详细介绍激光干涉仪的操作步骤，包括调节光路和实施测量等过程。
首先，激光干涉仪的调节光路是关键的一步。
在调节光路之前，我们需要准备好一束稳定、单色的激光器和一些基本的光学元件，例如反射镜、透镜等。
1. 校准光路：首先，将激光器稳定放置在平坦的台面上，并连接好电源。
然后，使用一块平行玻璃或反射镜将激光器的光束分成两束，使其相互平行。
这可以通过调节反射镜的角度来实现。
2. 调整波长：使用光学元件来调整激光器的波长，以匹配干涉仪所使用的光学元件。
这可以通过调节光栅或控制激光器参数等方法来实现。
3. 调整光路长度：在干涉仪中，需要调整光路的长度，使得两束光相互干涉。
这可以通过移动反射镜或调节镜子的位置来实现。
需要注意的是保持两束光的相对位置稳定，以避免干涉产生失真。
完成光路的调节后，我们可以开始实施测量。
激光干涉仪的主要测量对象包括薄膜膜层、透镜曲率、表面形貌等。
1. 薄膜测量：将待测薄膜放置在干涉仪的光路中，通过测量光的干涉条纹来确定薄膜的厚度或者折射率。
这可以通过调节光路长度或者改变薄膜的位置来实现。
2. 透镜曲率测量：将待测透镜放置在光路中，通过测量光的干涉条纹来确定透镜的曲率半径。
这可以通过调节光路长度或者改变透镜的位置来实现。
3. 表面形貌测量：通过测量光的干涉条纹来确定物体表面的形貌。
这可以通过调节光路长度、移动探测器位置或者改变样品的位置来实现。
在进行测量过程中，我们需要注意以下几点：1. 确保实验环境的稳定性，如避免外界震动和温度变化对实验的影响。
2. 实施测量时应使用合适的探测器，如光电二极管或相机。
探测器的位置应在干涉条纹中心，以保证测量的准确性。
3. 进行实验时要小心避免对光学元件的损坏，尤其是透镜和反射镜，避免触摸它们的表面。
通过以上步骤，我们可以成功地进行激光干涉仪的操作和测量。
激光干涉测长技术
contents
目录
• 激光干涉测长技术概述 • 激光干涉测长的应用领域 • 激光干涉测长的技术优势与局限性 • 激光干涉测长的实验技术与操作流程 • 激光干涉测长的实际应用案例 • 结论
01 激光干涉测长技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测长技术是一种基于光 的干涉原理的高精度长度测量方 法。
总之，激光干涉测长技术在未来仍将 发挥重要作用，为各领域的长度测量 提供更加准确、高效、可靠的技术支 持。
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精密测量案例
总结词
非接触、高效率
详细描述
在精密测量领域，激光干涉测长技术常用于测量各种运动机构的位移和速度。由于其非接触的测量方 式和高效率的特性，能够实现快速、准确的测量，为运动控制系统的优化提供了有力支持。
科学研究案例
总结词
高灵敏度、高分辨率
详细描述
在科学研究中，激光干涉测长技术常用于测量微观尺度的变化，如生物样品的生长、化 学反应的进程等。由于其具有高灵敏度和高分辨率的特性，能够捕捉到细微的变化，为
输标02入题
该技术基于光的干涉原理，通过测量激光干涉条纹的 数量来获取长度信息，具有非接触、无损、快速、高 精度的优点。
01
03
随着激光技术和数字信号处理技术的不断发展，激光 干涉测长技术的精度和稳定性得到了显著提高，为各
领域的长度测量提供了有力支持。
04
激光干涉测长技术的精度和稳定性主要取决于激光光 源的相干性、光学系统的稳定性和干涉条纹的计数精 度等方面。
03 激光干涉测长的技术优势 与局限性
技术优势
高精度测量
远程测量
激光干涉测长技术具有高精度的测量能力 ，能够实现纳米级甚至更高精度的长度测 量。
激光干涉仪相关基础知识
一.激光干涉仪概述激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。
SJ6000激光干涉仪产品采用美国进口高稳频氦氖激光器、激光双纵模热稳频技术、高精度环境补偿模块、几何参量干涉光路设计、高精度激光干涉信号处理系统、高性能计算机控制系统技术，实现各种参数的高精度测量。
通过激光热稳频控制技术，实现快速(5~10分钟)、高精度(0.05ppm)、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出，采用不同的光学镜组可以测量出线性、角度、直线度、平面度和垂直度等几何量，并且可以进行动态分析。
二.激光干涉仪工作原理激光器发射单一频率光束射入线性干涉镜，然后分成两道光束，一道光束（参考光束）射向连接分光镜的反射镜，而第二道透射光束（测量光束）则通过分光镜射入第二个反射镜，这两道光束再反射回到分光镜，重新汇聚之后返回激光器，其中会有一个探测器监控两道光束之间的干涉（见图）。
若光程差没有变化时，探测器会在相长性和相消性干涉的两极之间找到稳定的信号。
若光程差有变化时，探测器会在每一次光程变化时，在相长性和相消性干涉的两极之间找到变化信号，这些变化会被计算并用来测量两个光程之间的差异变化。
三.激光干涉仪功能SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、最高测速下分辨率高、测量范围大等优点。
通过与不同的光学组件结合，可以实现对直线度、垂直度、角度、平面度、平行度等多种几何精度的测量。
在相关软件的配合下，还可以对数控机床进行动态性能检测，可以进行机床振动测试与分析，滚珠丝杆的动态特性分析，驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性分析等，具有极高的精度和效率，为机床误差修正提供依据。
1.静态测量SJ6000激光干涉仪的系统具有模块化结构，可根据具体测量需求选择不同组件。
SJ6000基本线性测量配置：SJ6000全套系统：1.1. 线性测量1.1.1. 线性测量构建要进行线性测量，需使用随附的两个外加螺丝将其中的一个线性反射镜安装在分光镜上，这个组合装置就是“线性干涉镜”。
激光干涉仪检测与调整过程讲解
激光干涉仪检测与调整过程讲解激光干涉仪是一种常用的光学测量工具，可以用于测量非常小的距离和角度变化。
它通常由两个关键组件组成：稳定的激光源和一个高质量的干涉仪。
在本文中，我们将介绍激光干涉仪的工作原理、使用方法和调整过程。
激光干涉仪的工作原理激光干涉仪的设计基于激光干涉原理，该原理是将激光束分为两个光束，分别通过被测物体的两个侧面，然后将两束光重新合成。
当光束互相干涉时，它们会产生间隔的明暗条纹，这些条纹的间隔可以被用于测量小的长度变化。
在实践中，激光干涉仪使用的激光源通常是由半导体光源提供的，这种光源在可见光范围内有非常狭窄的频谱分布。
可以使用反射镜和分束器将光分为两束。
在光路上分别安装一个光栅使得干涉仪可以使用逆反射干涉，提高测量的精度。
使用激光干涉仪进行测量在进行测量时，需将两束光线分别传输给要被测量的物体的两个侧面。
当两束光线重新合并时，它们会形成明暗相间的条纹图案，这是干涉产生的结果。
通过测量条纹的间隔，我们可以轻松地计算出被测物体的位移变化。
激光干涉仪可用于测量非常小的长度、位移和角度变化，其度量精度可以达到亚微米级别。
此外，通过使用高质量的干涉仪，我们可以将其用于高精密表面形貌测量。
调整激光干涉仪如果干涉仪的调试不当，会导致干涉条纹模糊或者严重扭曲的情况，降低干涉仪的度量精度。
因此，在使用激光干涉仪进行测量之前，必须对其进行调整。
以下是调整激光干涉仪的步骤：1.调整激光源：确保激光源光束的宽度和强度足够稳定。
可以将激光传输到墙上的标定留置板来检查光束的准直性和焦点。
2.双色干涉圈合并：在数字式激光干涉仪中，需要将蓝色和红色光线重合在一个干涉圈内。
使用向一侧旋转/切向板识别同步点，其中图案由蓝色和红色光线表示。
提示：每次转动方向8分钟。
3.气象因素：排除湿度、温度固定输出、地面震动等因素的影响。
工作时确保放在一个平稳的场所，切不可震动。
4.探头选择：一般选其低灵敏度的测头。
不完全平整的表面则需要高灵敏度的探头。
激光干涉测长仪
激光干涉测长仪
主要内容
激光干涉测长仪的组成与基本原理 如何测出位移的大小和方向 光电元件与干涉条纹的几何匹配关系 影响测量精度的主要因素 激光干涉测长仪的种类和特点
激光干涉测长仪的组成与基本原理
激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪， 用干涉条纹来反映被测量的信息。干涉条纹是接受面 上两路光程差相同的点连成的轨迹。激光器发出的光 束到达半透半反射 P后被分成两束，当两束光的光程 相差激光波长的偶数倍时，他们相互加强形成亮条纹； 当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，他们相互抵 消形成暗条纹。据脉冲1后面的相位是2还是4 判断脉冲的信号，并送入加脉冲门或减脉冲门，便实现了 判向的目的。同时经判向电路后，将一个周期的干涉信号 变成四个脉冲输出信号。实现干涉条纹的四倍频计数，相 应的测量方程变为: LN 8
判向计数原理图
移相系统：形成正弦信号和余弦信号
光电接收器：将接收到的光信号转变成电信号
倒相：在相同频率的两个相似波形之间,形成180°的位 相差
微分电路：微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波，此电 路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入 波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输 出。
激光干涉测位移大小
将被测物与其中一支光路联系起来，使反光镜M2沿光 束2方向移动，每移动半波长的长度，光束2的光程就改变 了一个波长，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。 通过对干涉条纹变化的测量就可以得到被测物的长度。 被测长度L与干涉条纹变化的次数N和激光仪所用光源 波长λ 之间的关系是：
激光干涉测量技术
干涉条纹的形成
分波面干涉
通过分波面干涉，将一束激光分成两束或多束相 干光波，使它们在空间中相遇。
固定பைடு நூலகம்程差
为了形成稳定的干涉条纹，需要保证两束光的光 程差保持恒定。
干涉图样的形成
当两束相干光波相遇时，它们的光程差会导致光 波的相位差，从而形成明暗交替的干涉图样。
激光干涉测量技术
contents
目录
• 激光干涉测量技术概述 • 激光干涉测量技术的基本原理 • 激光干涉测量技术的分类 • 激光干涉测量技术的应用实例 • 激光干涉测量技术的发展趋势与挑战
01 激光干涉测量技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测量技术是一种基于光 的干涉现象进行长度、角度等物 理量测量的高精度测量技术。
相位等参数。
通过将激光束反射到被测物体上， 并观察干涉条纹的变化，可以精
确测量物体的振动情况。
这种技术广泛应用于机械、航空 航天、汽车和能源等领域，用于 监测设备的运行状态和评估结构
的稳定性。
光学元件检测
激光干涉技术可以用于检测光 学元件的质量和性能，如透镜、 反射镜和光栅等。
通过测量干涉条纹的数量和分 布，可以评估光学元件的表面 质量和光学性能。
该技术具有更高的测量精度和更大的 测量范围，适用于大型结构、长距离 和高精度测量。
光学多普勒激光干涉测量技术
光学多普勒激光干涉测量技术是利用多普勒效应和干涉现象 相结合的原理，通过测量激光束在运动物体表面反射后产生 的多普勒频移来测量物体的速度、位移和振动等参数。
该技术具有高精度、高灵敏度和实时性的优点，广泛应用于 流速测量、振动分析、表面形貌测量等领域。
激光干涉仪在测长机检定中的应用_茅振华
W 球 = ± 0. 75
3
1 1 2 ( 1+ 2 ) p r r
三、 实际应用 下表列出在 20. 5 ℃和 26 ℃ 时用三等量块 对某测长机的检定结果及在 20. 5 ℃和 26 ℃条 件下用激光干涉仪对同一测长机的检定结果 。
( 1+ 1 ) 0. 22 20 20 = ± 0. 12(μ m) ( 2)两球形测帽测量量块时局部变形量 = ± 0. 75
38 表
标称值 ( m m) 100 200 300 400 500 600 700 800 900
计量技术 1999. № 9
仪器示值误差
用量块检定 20. 5 ℃ 0. 2 - 0. 9 0. 8 0. 6 - 0. 03 - 1 0. 5 0. 5 2. 8 26 ℃ - 1. 3 - 2. 4 - 3. 6 - 3. 6 - 3. 4 - 4. 4 - 4. 1 - 4. 6 - 6. 4
4= ± 0. 1 × 2= ± 0. 14(μm )。 W 5. mm 刻度尺 与双刻 线的对 准误 差为 ± 0. 2 μ m , 两次对准为: 2
量 = ± ( 1. 5 W 3
p 2r 1+ 1. 5
2
2
3 = ± ( 1. 5 2 × 20+ ( 1. 5 2 × 20 ) = ± 0. 3(μ m) 式 中: r1、 r 2 为 球 面 测 帽 半 径 , r1 = r2 = 20m m; p 为测力 , p= 0. 2 × 9. 8N。 W 9 = ± (W 量 -W 球 ) = ± ( 0. 3- 0. 12) = ± 0. 18(μ m) 所以 , 当室内温度为 20 ℃时 , 总误差为 :
测量天体距离的激光干涉仪操作指南
测量天体距离的激光干涉仪操作指南激光干涉仪是一种常用的仪器，它能够精确测量物体的距离。
在天文学领域，激光干涉仪也被广泛应用于测量天体之间的距离。
本文将为您提供一份激光干涉仪的操作指南，帮助您在天文学研究中运用激光干涉仪进行精确的距离测量。
1. 准备工作在使用激光干涉仪之前，首先需要做一些准备工作。
确定测量的目标天体，并将激光干涉仪设定为相应的模式。
同时，确保仪器的稳定性，消除任何可能影响测量结果的干扰因素。
2. 设置参考平面激光干涉仪需要一个参考平面来确定测量的基准。
在天文学中，我们通常选择恒星作为参考平面。
通过测量天体与恒星之间的干涉条纹变化，我们可以计算出天体的距离。
3. 进行测量在设置好参考平面后，即可进行距离测量。
激光干涉仪会发出一束激光并照射到目标天体上。
激光从天体上反射回来后，会与参考激光产生干涉，形成一系列的干涉条纹。
4. 记录干涉条纹在测量过程中，需要记录下干涉条纹的变化情况。
可以使用相机或其他光学设备将干涉条纹投影到探测器上。
确保记录到清晰、准确的干涉条纹图像，以便后续的数据分析和处理。
5. 数据处理获得干涉条纹图像后，需要进行数据处理来获取天体的距离。
首先，利用图像处理软件对图像进行处理和增强，以提高数据的可靠性和准确性。
其次，通过分析干涉条纹的相位变化，利用干涉仪的原理计算出天体的距离。
6. 精度评估在进行距离测量后，需要对测量结果进行精度评估。
可以通过与其他独立的测量结果进行对比来验证数据的可靠性。
如果有必要，可以进行多次测量并取平均值，以提高测量的精确性。
总结：激光干涉仪是一种重要的测量工具，可用于测量天体之间的距离。
本文提供了一份激光干涉仪的操作指南，包括准备工作、设置参考平面、测量过程、数据处理和精度评估等步骤。
通过正确操作激光干涉仪，我们可以获取准确的天体距离数据，进一步深入研究天文学领域的问题。
在实际操作中，需要注意仪器的稳定性和准确性，以确保结果的可信度。
激光干涉测量仪器的研制与性能测试
激光干涉测量仪器的研制与性能测试随着科技的不断进步，各种测量仪器逐渐得到了广泛的应用。
其中，激光干涉测量仪器因其高精度、高灵敏度等特点，在制造业、科学研究等领域得到了广泛的应用。
本文将主要讲述激光干涉测量仪器的研制与性能测试。
激光干涉测量仪器的研制激光干涉测量仪器是一种基于激光干涉原理的测量仪器，其主要应用于测量物体的长度、形状、位置等参数。
激光干涉测量仪器的研制涉及到光学、电子、计算机等多个领域的知识，需要经过一系列的研究和实验才能够完成。
首先，研制激光干涉测量仪器需要选用合适的激光器。
因为激光器的光束纵模稳定性和输出功率的稳定性对测量精度有较大的影响。
一般来说，采用半导体激光器作为光源是比较合适的选择。
其次，激光干涉测量仪器需要使用合适的干涉装置。
常用的干涉装置有Michelson干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪等。
这些干涉装置的选择需要考虑到测量的需要，比如测量距离、测量精度等因素。
第三，需要合理设计光学系统。
光学系统需要包括激光器、干涉装置、检测器等部分。
对于光路的设计需要考虑到反射和折射等光学现象，以使得光线能够准确地到达检测器上。
最后，计算机控制系统也是激光干涉测量仪器不可或缺的一部分。
计算机控制系统需要能够实时地处理检测器传回的信号，计算并输出测量结果。
激光干涉测量仪器的性能测试为了确保激光干涉测量仪器能够准确地测量出物体的长度、形状、位置等参数，需要对其进行性能测试。
性能测试主要包括以下几个方面：首先，需要测试激光光束的垂直度。
通过激光光束的垂直度测试能够确定光路中光线的走向是否垂直。
这一项测试需要借助显微镜或投影仪等设备进行，测试时需要注意仪器的水平安装和灰度调节。
其次，需要测试激光束的光斑质量。
光斑的质量与测量精度直接相关。
通过测试光斑质量可以确定测量时能否达到预期的精度。
这一项测试需要借助示波器等仪器进行，测试时需要注意保持光斑在一个镜面上移动，观察波形是否平滑。
第三，需要测试干涉仪的工作状态。
第三章、激光干涉测量
第三章、激光干涉测量干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行高精密测量的一门技术。
20世纪60年代激光的出现，才使干涉测量技术得到了长足的发展。
因为激光出现以前，所用以光源单色灯经过滤光片滤光作为单色光源，其相干长度只有几mm ，且干涉条纹比较模糊，只能微小变化的测量。
激光的出现，由于激光束的高亮度和很长的相干长度（He-Ne 激光器，相干长度几十Km ），使得干涉测量的测量精度、可测量长度都有了质的提高。
激光干涉测量的应用范围很广，可用于长度、位移、角度、形状、介质折射率（通过折射率的变化还可以测量压力、温度等）变化。
激光干涉测量的原理就是将入射激光束分成两束，一束为参考光束，一束为测量光束，测量两束光的光程差的信息或n l kl n l n M j j j N i i i ⇒=-=∆∑∑==211λ。
本章主要介绍激光干涉长度测量、激光干涉微小间隙测量以及光纤干涉传感器所构成的温度、压力测量。
首先介绍激光干涉长度测量。
§3.1 激光干涉长度测量一、 激光干涉测长的基本原理干涉测长仪是一种利用“增量法”的测长仪器。
最基本的测长仪光路采用Michelson(迈克尔逊)干涉仪，参考反射镜M 1固定不动，目标反射镜M 2与被测对象固联，当目标反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，因为两光束来自于同一相干光源（同一台激光器），两光束产生的干涉条纹也将发生明暗交替的变化（因为两反射镜M 1、M 2不可能完全垂直，故应为等厚干涉）。
假设目标反射镜从M 2移至'2M ，则二光束的光程差变化量为：nL l l n l L l n c m c m 2)(2)(2=---+=∆ （3-1-1） 当用光电探测器接收干涉条纹的明暗变化时，两光束的光程差每变化一个波长（λ），干涉条纹就明暗变化一次，所测得的干涉条纹变化次数λλ/2/nL k =∆=，n 为介质折射率，在空气中，n~1，故2/λk L =。
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梦 境
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实用的激光干涉测长仪的简化光路辨向原 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 理
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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激光干涉测长仪
何洪坤，神和尧，张建民
（上海工程技术大学机械工程学院，上海 201620）
摘要：主要介绍了运用干涉测量技术的激光干涉测长仪，比较详细的概述了光的干涉原理以及激光干涉测长仪的组成和工作原理。
关键词：激光干涉；测长仪
LASER INTERFEROMETER LENGTH MEASURING INSTRUMENT
HE Hongkun,SHEN Heyao,ZHANG Jianmin
(Shanghai University of Engineering Science ,Department of Mechanical Engineering,Shanghai 201620) Abstract：This paper describes the use of interferometry laser interferometer length measuring instrument, a more detailed overview of the principle of interference of light and composition and working principle of the laser interferometer length measuring instrument.
Key words：Laser Interferometer；Length Measuring Instrument
1 引言
干涉测量技术是以光的干涉现象为基础进行测量的一门技术。
在激光出现以后，加之电子技术和计算机技术的发展，隔振与减振条件的改善，干涉技术得到了长足进展。
干涉测量技术大多数是非接触测量，具有很高的测量灵敏度和精度，而且应用范围十分广泛。
常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫—曾德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼—格林干涉仪等；70年代以后，具有良好抗环境干扰能力的外差干涉仪，如双频激光干涉仪、光纤干涉仪也很快的发展了起来。
激光干涉仪越来越实用，其性能越来越稳定，结构也越来越紧凑。
2 光的干涉原理
2.1 光波的叠加
波的叠加原理[1]：光波的叠加服从叠加原理,该原理可表述为:一列波在空间传播时,空间的每一点都引起振动。
当两列波在同一空间传播时,空间各点都参与每列波在该点引起的振动。
当波的独立传播定律成立时,两列波在空间交迭区域内每点的振动是各列波单独在该点产生的振动的合成,这就是波的叠加原理。
2.2 光波强度的合成[2]
并不是任意的两列波都能产生干涉现象,能够产生干涉现象的两列光波必须满足相干条件,即是: （1）频率相同;
（2）存在相互平行的振动分量;
（3）两光波在相遇处有固定不变的相位差。
对于光的干涉来说,由于光源发光的特点,最关键的是要满足第3个条件。
因此,在光学中获得相干光源的唯一办法就是把一个波列的光分成一束或几束波,然后再令其重合而产生稳定的干涉效应。
用一分为二的方法就能使二光波的初相差保持恒定,就把光源初相位不稳定的问题解决了[3]。
一般获得相干光的办法有两类:分振幅的干涉和分波面的干涉。
2.3 光的干涉
分波面干涉[8]：如果从一点光源发出的光波的波阵面上分离出两束或多束光,由于同一波阵面的各部分
均具有相同的位相,故被分离的两束或多束光可视为具有相同初相位的新的光源,于是这些光源在空间某一点相遇时产生干涉。
这类干涉常又称为菲涅尔干涉。
杨氏双缝、菲涅尔双镜和毕累双半截透镜、洛埃镜等都属于这种用分波阵面方法获得相干光而实现干涉的实验。
图1 杨氏双缝干涉
分振幅干涉[4]：用以获得干涉的第二种常用的方法是:分振幅千涉,即当光线在两种介质的界面上发生部分反射和折射的时候,将波面分割为三部分(或几部分)。
例如,可以利用平行平面玻璃板或两块玻璃板之间的空气层构成的空气平板获得这类分振幅干涉。
当光源射到第1个表面时,部分反射,部分进入平板内部,并被平板的第二个表面反射。
由平板的二个表面所反射的光束,在空间相遇则产生干涉。
分振幅干涉依据条纹获得的方式不同,通常又有等倾干涉与等厚干涉之分。
3 激光干涉测长系统的组成
激光干涉测长系统包括迈克尔逊干涉仪、激光光源、可移动平台、光电显微镜、光电计数器和显示记录装置。
激光光源一般是采用单模的He-Ne气体激光器，输出的是波长为632.8纳米的红光。
因为氦氖激光器输出激光的频率和功率稳定性高，它以连续激励的方式运转，在可见光和红外光区域里可产生多种波长的激光谱线，所以氦氖激光器特别适合用作相干光源。
为提高光源的单色性，对激光器要采取稳频措施。
可移动平台携带着迈克尔逊干涉仪的一块反射镜和待测物体一起沿入射光方向平移，由于它的平移，使干涉仪中的干涉条纹移动。
光电显微镜的作用是对准待测物体，分别给出起始信号和终止信号，其瞄准精度对测量系统的总体精度有很大影响。
光电计数器则对干涉条纹的移动进行计数。
显示和记录装置是测量结果的输出设备，显示和记录光电计数器中记下的干涉条纹移动的个数及与之对应的长度，可以用专用计算机或也可以用通用的PC机替代。
4 干涉测长的基本原理[1]
激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪[4]（如图1示）,用干涉条纹来反映被测量的信息。
干涉条纹是接收面上两路光程差相同的点连成的轨迹。
激光器发出的激光束到达半透半反射镜P后被分成两
束，当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强形成亮条纹；当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，它们相互抵消形成暗条纹。
两束光的光程差可以表示为：
j M
J j N i i i l n l n ∑∑==-=∆1
1 (1)
式中j i n n ,分别为干涉仪两支光路的介质折射率；j i l l ,分别为干涉仪两支光路的几何路程。
将被测物与其中一支光路联系起来，使反光镜M 2沿光束2方向移动，每移动半波长的长度，光束2的光程就改变了一个波长，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。
通过对干涉条纹变化的测量就可以得到被测长度。
·
被测长度L 与干涉条纹变化的次数N 和干涉仪所用光源波长λ之间的关系是 2λN
L = （2）
式（2）是激光干涉测长的基本测量方程。
从测量方程出发可以对激光干涉测长系统进行基本误差分析 δλδδλλ+=∆+∆=∆N L N N L L 即 （3）
式中δλδδ和N ，
L 分别为被测长度、干涉条纹变化计数和波长的相对误差。
这说明被测长度的相对误差由两部分组成，一部分是干涉条纹计数的相对误差，另一部分是波长也就是频率的相对误差。
前者是干涉测长系统的设计问题，后者除了激光稳频技术有关之外还与环境控制，即对温度、湿度、气压等的控制有关。
因此激光干涉测长系统测量误差必须根据具体情况进行具体分析。
5 结论
希望通过对激光干涉测长仪的介绍，让大家对激光干涉测长仪有一个比较全面的了解，在今后使用激光干涉仪时有所帮助。
P 光束1
单模稳频He-Ne 激光器 光电计数器
显示记录装置
待测物体 激光束
光束2 光电显微镜
迈克尔逊干涉仪
M 1
M 2
可移动平台 图1 激光干涉测长仪的原理图
参考文献
[1] 万德安,激光基准高精度测量技术[M],北京：国防工业出版社,1999.
[2] 梁锉廷,物理光学[M],北京：机械工业出版社,1986.
[3] 廖延彪,物理光学[M],北京：电子工业出版社,1986.
[4] 范少卿,郭富昌,物理光学[M],北京：北京理工大学出版社,1990.
[5] 吴国斌,激光干涉测长
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参考文献应该尽量用新的，这里的用80~90年代的4本书作为参考文献，其价值究竟如何？整段整段引用文献，自己的观点在哪里？。