双频激光干涉仪测量
双频外差激光干涉仪
双频外差激光干涉仪班级名：应用物理学1401班作者：U201410186 赵润晓同组成员：U201410187 王羽霄实验时间：2016年11月30日摘要：本实验在分析双频外差激光干涉仪的基础上，构建光路，实现了利用双频干涉侧脸位移量的功能。
关键词：双频外差激光干涉仪声光调制器光路构建一、引言【实验目的及原理】1.实验目的。
①了解双频外差激光干涉仪（dual-frequency heterodyne interferometer）的工作原理。
②熟悉各种光学镜片的功能及原理。
③熟悉双频外差干涉仪基本光路的设计和搭建，通过声光调制器（或称声光移频器）产生双频激光光束，并观察干涉仪的干涉信号。
2.实验原理。
激光的发明使得精密测量有了新的发展方向，用激光测量长度（位移或距离）主要方法有两种。
一是以迈克尔逊干涉仪为基础的单频干涉仪；另一种是双频激光干涉仪。
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现象。
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（光电传感器）和电子线路（信号放大器）等转换为电压信号；然后经整形、放大后输入信号采集系统算出相位差，最后再由相位差算出可动反射镜的位移量（一个周期对应半波长）。
由于激光频率甚高(1014Hz量级)，无法直接测量光的相位，光程差检测的传统方法都是干涉强度法，即测量由相位差所引起的光干涉信号的强度变化，间接地测量光程差。
单品激光干涉仪因此具有稳定性差的缺点。
许多内部（电子噪声和长期漂移等）和外部因素（环境变化，如温度、大气压力、折射率等的变化）都会对测量结果产生影响。
②目前高精度的激光干涉仪大多为双频激光干涉仪，产生双频激光的方法主要是利用塞曼效应（Zeeman Effect）和声光调制器（Acousto-Optical Modulators，AOM）。
塞曼效应受频差闭锁现象影响，产生的双频频差一般较小，通常最大频差不超过4MHz。
激光干涉仪测量方法
或 =∑
某一目标位置的反向偏差为 ，即
= ↑－ ↓
沿轴线或绕轴线的各目标位置的反
在某一目标位置的单向定位标准不确定度的估算值为 ↑ 或 ↓即
↑=
∑(
)
()
或
=
(
∑
)
(
)
某一目标位置的单向重复定位精度为 ↑或 ↓，即
↑ = 4 ↑或 ↓ = 4 ↓
( 3) 确定采集移动方式采集数据方式有两种:一种是线性循环
采集方法，另一种是线性多阶梯循环方法。GB17421 评定标准中采用 线性循环采集方法。测量移动方式: 采用沿着机床轴线快速移动，分 别对每个目标位置从正负两个方向上重复移动五次测量出每个目标 位置偏差，即运动部件达到实际位置减去目标位置之差。
（图2） ( 2) 确定测量目标位置根据GB17421 评定标准中规定，机床规 格小1 000mm 取不少于10 个测量目标位置，大于1 000mm 测量目标 位置点数适当增加，一般目标值取整数，但是我们建议在目标值整数 后面加上三位小数。主要考虑机床滚珠丝杠的导程及编码器的节距所 产生的周期误差，同时也考虑机床全程上各目标位置上得到充分地采 集。
沿轴线或绕轴线的任一位置 的重复定位精度的最大值。即
R↑ = max ［ ↑］，R↓ = max ［ ↓］
R = max ［ ］ 轴线单向定位精度A↑或A↓，即 A↑ = max ［ + 2 ↑］ － min ［ － 2 ↑］ 或 A↓ = max ［ ↓ + 2 ↓］ － min ［ ↓ － 2 ↓］ 轴线双向定位精度A，即 A = max ［ ↑ + 2 ↑; ↓ + 2 ↓］ － min［ ↑ － 2 ↑;
( 4) 评定方法采用双向计算方法进行评定机床的位置精度。目
双频激光干涉仪
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而对双频激光干涉仪，即使光强损失95%，仪器仍能正常工作。
1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf 只是叠 1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。
1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。 1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。
而对双频激光干涉仪，即使光强损失95%，仪器仍能正常工作。
=1.5MHz的交流信号，
3．具有很强的抗干涉性：单频激光干涉仪光强变化50%就不能作。
动镜的运动只是使这个信号的频率增加或45˚）。
根据马吕斯定律（Ii=I0 ·cosθi），两互相垂直的线偏光在45˚透光轴的投影，形成新的同振动方向的线偏光，并产生拍频信号，其频率
二、双频激光干涉仪
（一）原理图
（二）几点说明
1．从分束镜4分出的部分激光束为偏振方向互相垂直的两线偏光； 该光束通过一捡偏器5（捡偏器透光轴与纸面成45˚）。根据马 吕斯定律（Ii=I0 ·cosθi），两互相垂直的线偏光在45˚透光轴的投 影，形成新的同振动方向的线偏光，并产生拍频信号，其频率 差为Δf=1.5MHz。
D
加在这一调频载波上。 1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。
2．从分束镜4透过的另一部分测量激光束通过偏振分光棱镜8后，分成 互相垂直的两线偏光并射向参考镜9和动镜10，经反射，再次通
过偏振分光棱镜8。
2．当测量镜静止时，干涉仪仍保留Δf 3．通过计算机将两路信号合成后，只剩下测量信号Δf D。
差为Δf=1.
3．通过计算机将两路信号合成后，只剩下测量信号Δf D。
双频激光干涉仪
光刻机定位双频激光干涉仪发布日期：2005年10月20日访问次数：1503光刻机定位双频激光干涉仪1.项目概述双频激光干涉仪以其特有的同时具有大测量范围、高分辨率、高测量精度和高速度等优点，在精密和超精密测量领域获得了广泛的应用。
双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，克服了普通单频干涉仪测量信号直流漂移的问题，具有信号噪声小、抗环境干扰能力强、允许光源多通道复用等诸多优点，使得干涉测长技术能真正用于实际生产。
例如，精密坐标机床的标定、高精度传感器的标定、半导体工业中的高精度模板的制造和定位、以及构成多坐标精密定位多轴运动系统等。
中科院上海光机所在上海市科委光科技专项二期项目支持下，完成了“光刻机定位双频激光干涉仪”样机。
以100nm线宽步进扫描投影光刻机工件台定位需求为研制目标，对双频激光干涉仪系统的关键技术进行了攻关，已经成功研制出一台高精度、高速度、大范围的双频激光干涉仪实验室样机，如图1所示。
该仪器核心技术是分辨率的提高和改进，取得6项专利，拥有自主知识产权。
2.国内外技术、应用现状及应用领域1）国内外技术双频激光干涉仪首先由美国HP公司研制成功并获得专列权。
第一批定型产品为5500A，于1970年投放市场，它的量程达到61m，测量精度为5×10-7，测量速度达330mm/s。
其后HP公司又研制了其他派生产品，如5526A除了能测长度以外，还能测速度、角度、平面度、直线度和垂直度，还可以用来测震及进行X-Y微动台的定位，用途极为广泛。
其他国家在这方面做了不少工作，投入市场的还有英国的Renishaw、美国的ZYGO、法国SORO和日本横河等公司。
我国从七十年代，清华大学、北京计量院、机械部成都工具研究所等科研部门就已开始研制双频激光干涉仪样机，至今已经有二、三十年历史。
成都工具研究所有商品化仪器出售,但分辨率比较差。
尽管国外双频激光干涉仪水平比较高，但价格高，特别是高档次的产品对我国禁运，而国内产品不能满足高精度先进制造技术方面的需求。
双频激光干涉仪原理
双频激光干涉仪原理双频激光干涉仪是一种利用激光干涉原理进行测量的仪器，它可以实现高精度的长度测量和位移测量。
在实际工程应用中具有广泛的用途，比如在精密加工、光学制造、半导体制造等领域都有着重要的作用。
本文将详细介绍双频激光干涉仪的原理及其应用。
双频激光干涉仪利用激光的干涉现象来实现测量，其原理是利用两束频率略有差异的激光光束进行干涉，通过测量干涉条纹的位移来实现长度或位移的测量。
在双频激光干涉仪中，一束激光经过分束器分成两束，分别通过不同的光路传播，然后再通过合束器合成一束光，这两束光的频率略有差异，形成了干涉条纹。
当被测量的长度或位移发生变化时，干涉条纹会产生位移，通过测量干涉条纹的位移就可以得到被测量的长度或位移值。
双频激光干涉仪的原理非常简单，但是在实际应用中需要考虑到一些影响测量精度的因素。
首先是激光的频率稳定性，激光的频率稳定性直接影响到干涉条纹的稳定性，从而影响到测量的精度。
其次是光路的稳定性，光路的稳定性对于保持干涉条纹的清晰度和稳定性非常重要。
另外，还需要考虑到环境因素对测量的影响，比如温度、湿度等因素都会对激光的传播和干涉条纹产生影响，因此需要在实际应用中进行相应的补偿和校正。
双频激光干涉仪在工程应用中有着广泛的用途，比如在精密加工中可以用于测量加工件的尺寸和形位公差，保证加工件的精度要求。
在光学制造中可以用于测量光学元件的表面形貌和表面粗糙度，保证光学元件的质量。
在半导体制造中可以用于测量半导体器件的尺寸和位置，保证器件的性能和可靠性。
另外，在科学研究领域也有着重要的应用，比如在激光干涉测量、光学成像等方面都有着重要的作用。
总之，双频激光干涉仪作为一种高精度的测量仪器，在工程应用中具有着广泛的用途。
通过对其原理的深入理解和对影响测量精度的因素的控制，可以实现高精度的长度和位移测量，为工程实践和科学研究提供重要的支持。
希望本文能够对双频激光干涉仪的原理和应用有所帮助，同时也希望读者能够在实际应用中充分发挥其优势，取得更好的测量效果。
双频激光干涉仪相位差测量系统的设计
ｅｆ ｒ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ ｆ ｒ ｏ ｍ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｅｆ ｒ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ９ ０ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｓ ，ｔ ｈｅ ｎ
ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ ，ｔ ｈｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｐ ｈｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｅｃ ｒ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ｉ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｔ ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｍ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎｇ ． Ｔｈ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｓｉ ｒ ｏ ｎ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｆ ｏ ｍ ｔ ｒ ｈｅ ａ ｎ ｌｏ ａ ｇ ｓ ｉ ｎａ ｇ ｌ ｆ ｒ ｏ ｍ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ｔ ｏ
（ 上海理工大学光电信息与计算机工程 学院 ，上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
摘
要 ：为 了实现双频 激光 干 涉仪 相位 差 的 测 量 ，设 计 了一套 双频 激 光干 涉信 号 处理 系统。整
个 系统 包括三 个部分 ：光 电接 收 器、模数 转换 以及 数 据 处理 。光 电接 收 ｇ ｉ ａｌ ｔ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ａ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｕ Ｓ ｅ Ｓ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｏ ｉ ｒ ｈ ｍ ｔ ａ ｓ ｈｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ，ｇ ｅ ｔ ｈｅ ｔ ｏ ｈｅ ｔ ｒ
激光干涉仪用途【详细】
激光干涉仪的作用内容来源网络，由深圳机械展收集整理更多激光设备，就在深圳机械展（1）CO2激光干涉仪CO2激光器是一种非常适合无导轨激光测量的光源，它在10.6μm波段具有丰富的谱线，相邻谱线的波长差分布也比较均匀，构成的“合成波长链”的波长可从10.6μm到25m，因此，CO2激光干涉仪一直是无导轨激光干涉仪的研究重点。
从1979年开始，由直流干涉系统到各种形式的光外差系统，CO2激光干涉仪历经多次改进，其中一种典型方案是上世纪九十年代澳大利亚研制的外差干涉仪，它通过激光器的腔长控制，顺序输出6种波长，用声光调制器的零级衍射作为本振光，构成外差系统，测量精度可达4×10-8。
（2）Ne-Xe激光干涉仪Ne-Xe激光器可以输出3.53μm和3.37μm两个波长，合成波长为84.2μm。
从“合成波长链”的角度考虑，波长过短难以保证测量结果的唯一性，为此，系统加入了He-Ne激光器的3.39μm谱线，将“合成波长链”延伸到464μm。
Ne-Xe激光干涉仪的最大优点是结构简单，测量精度可达1.8×10-7。
（3）He-Ne激光干涉仪中国计量科学研究院研制的纵向塞曼He-Ne激光干涉仪，与成都工具研究所开发的双频激光干涉仪不同，其稳频点选在两条激光增益曲线之间，产生一对频差为1080MHz的左、右旋偏振光（这两个偏振光不在同一增益曲线上），合成波长为278mm。
利用光栅测量干涉的剩余相位。
系统测量长度可达100m，测量精度为±（40+1.5×10-6）。
He-Ne激光器在3.39μm处谱线丰富，但其中3.3922μm谱线的自发辐射系数比其它谱线大很多，抑制了其它谱线的发射。
清华大学利用甲烷在3.3922μm附近的一条吸收谱线，抑制了He-Ne激光这条谱线的强度，成功研制出了3.39μm波段双波长激光干涉仪，其“合成波长链”从3.39μm到1m，单波稳定性为1×10-8。
双频激光干涉仪的简单操作
、组成图
电脑
、原理图1线性原理
2直线度
3角度
三、关于使用步骤
首先是连线，把双频激光干涉仪的各个组件通过线组装起来。
一共6 根线，缺一不可，另外要注意的空气传感器最好就E1735 的4# 接线口上，在E1736 上的接线口都有颜色，根据线的颜色来接。
激光头要预热10 分钟，在激光头上有指示灯，等灯亮了就说明激光头已经预热好了。
调光在激光头的支架上的上下左右调钮叫平动，激光头后边的上下左右的调节叫偏摆。
镜子与激光头近的时候调平动，机子与激光头远的时候调偏摆。
调好光之后用电脑测数据。
不管什么测量都是这样的过程，只是所用的镜组不一样，以及镜子的组合方式不一样。
调光的时候会用到标版，标版上有一个孔，标版旋转180 度，在这个孔的位置上有一个圈。
在调光的时候根据情况来放置标版，如果光需要通过就用孔在上半部分的方式放置标版.
四、镜组的清洗
镜组一般不要清洗，除非调光实在调不出来了。
用微风风机吹镜面，目的是把镜面上的铁屑吹掉，再用擦净纸沾无水乙醇一个方向擦拭，擦完纸就扔掉，不可重复使用，擦完再用微风风机吹干。
镜子上有层膜，铁屑划伤镜子会造成镜子的不能使用，这是镜子不要清洗的主要原因。
清洗也会对镜子上的那个镀膜造成不同程度的伤害。
五、技术指标
角度的测量范围是0~15 米
直线度的测量是分为两种，一种是0.1~3 米；一种是1~30米线性的测量范围是0~40 米。
双频激光干涉仪的原理与应用
双频激光干涉仪的应用研究
1、物理学领域中的应用
在物理学领域中，双频激光干涉仪被广泛应用于长度测量、光学腔衰荡、光 学陷阱等方面。例如，通过测量两个反射镜之间的距离，可以得出光学腔的长度， 进而研究光学腔的衰荡现象。另外，双频激光干涉仪还可以用于测量微小的距离 变化，如光学陷阱中的原子或分子位置的变化。
一、双频激光干涉仪的原理
双频激光干涉仪利用激光干涉和衍射现象来测量长度和角度。它包含两个振 荡频率不同的激光束，经过叠加后产生干涉图案。干涉图案的周期和相位差与被 测长度和角度有关。通过测量干涉图案的变化，可以推导出被测长度和角度的值。
双频激光干涉仪的原理框图如图1所示。激光器发出两束频率不同的激光， 经过分束器后分别形成参考光束和测量光束。这两束光在干涉仪内部进行叠加， 产生干涉现象。干涉仪的高精度光学系统能够将干涉图案聚焦成清晰的图像，并 由探测器进行接收。
4、土木工程领域中的应用
在土木工程领域中，双频激光干涉仪被广泛应用于测量建筑物、桥梁和隧道 等结构的变形和振动。通过测量建筑物或桥梁的振动频率和振幅，可以得出结构 的固有频率和阻尼比等重要参数。此外，双频激光干涉仪还可以用于测量地壳的 微震和地震等自然灾害的参数。
双频激光干涉仪的实验研究
1、双频激光干涉仪的基本原理
实验结果表明，双频激光干涉仪具有高精度、高稳定性和快速响应等特点。 通过改变双频激光束的频率差，可以扩大干涉仪的测量范围。另外，通过将双频 激光干涉仪与其他仪器结合使用，可以扩展其应用范围，例如将双频激光干涉仪 与扫描显微镜结合使用，可以得出微观结构的高精度三维形貌。
结论尽管双频激光干涉仪已经得到了广泛的应用，但是其仍有需要进一步研 究和改进的地方。例如，如何提高双频激光束的相干性、如何降低外界因素对实 验结果的影响以及如何实现实时在线测量等问题需要后续进行深入探讨。总的来 说，双频激光干涉仪在科学和技术上的应用前景非常广阔，未来研究将会有更多 的成果涌现，为人类认识世界和解决问题提供更多的工具和方法。
激光干涉位移测量技术
激光干涉位移测量技术摘要：为了实现纳米级以上分辨力位移的测量研究，利用激光干涉位移测量技术可以达到纳米级分辨力，其具有可溯源、分辨力高、测量速度快等特点，是目前位移测量领域的主流技术。
本文对目前主要的激光干涉位移测量技术进行了分类介绍，并对各种干涉仪的特点进行了分析，最后介绍了激光干涉位移测量技术的国内外发展现状和趋势。
关键词：纳米级；激光干涉；位移测量；1 引言干涉测量技术( interferometry ) 是基于电磁波干涉理论，通过检测相干电磁波的图样，频率、振幅、相位等属性，将其应用于各种相关的测量技术的统称。
用于实现干涉测量技术的仪器被称为干涉仪。
在当今多个科研领域，干涉测量技术都发挥着重要的作用，包括天文学，光纤光学，以及各种工程测量学。
其中由于上个世纪60年代激光的研制成功，使得激光干涉测量技术在各种精密工程领域得到了广泛的应用。
它的基本功能是将机械位移信息变成干涉条纹的电信号，再对干涉条纹进行调理和细分，进而获得所需要的测量信息。
整个激光干涉测量系统中主要的组成部分有光电转换、信号调理、信号细分处理。
1.1激光干涉仪分类激光干涉仪是以干涉测量为原理，利用激光作为长度基准，对数控设备(加工中心、三坐标测量机等)的位置精度（定位精度、重复定位精度等）、几何精度（抚养扭摆角度、直线度、垂直度）进行精密测量的精密测量技术。
由于激光具有波长稳定、波长短、具有干涉性，使得激光在现代光电测量系统中占据了重要的地位，尤其是在激光干涉测量系统中。
下面介绍激光干涉仪测量原理以及激光干涉仪。
光的相长干涉和相消干涉：图1.光的相长以及相消干涉如果两束光相位相同，光波会叠加增强，表现为亮条纹，如果两束光相位相反，光波会相互抵消，表现为暗条纹。
图1.1就是光的相长以及相消干涉，而激光干涉仪主要依据的原理就是激光的干涉产生明亮条纹并将其转换成相关的电信号，从而获取所需要的位移信息。
整个光电系统中激光干涉仪是最重要的组成部分，虽然目前市场存在各式的激光干涉仪，但从其工作的基本原理上来说，主要可以分为单频激光干涉仪以及外差激光干涉仪两种基本类型。
激光干涉仪测量导轨直线度方法原理
激光干涉仪测量导轨直线度方法原理前言直线度测量是几何量计量领域里最基本的计量项目之一,因而在精密仪器制造与检测、大尺寸测量、大型仪器的安装与定位、军工产品制造等领域中有着广泛的应用。
由于激光具有强度高而集中、频率单一相干性高、方向性强且发散性小等优点,因此常被作用为准直光源。
利用激光特性制作的双频激光干涉仪与其不同附件结合,可测量直线度、垂直度、平面度等。
本文对激光干涉仪在测量导轨的直线度的检测方法进行分析。
原理方法直线度误差是被测实际线对理想直线的变动量。
其测量原理是选择测量基准线作为理想直线,与被测实际直线相比较确定其变动量。
实际测量过程中,由于测量基准和评定基准往往不一致,因此常采用两端点连线法、最佳平方逼近法(最小二乘法)和最小区域法的数据处理方法,使测量基准与评定基准一致。
对于最小二乘算法,关键是求出n组测点的最小二乘拟合直线L m,设L m的方程为:然后找出直线y=kx+b两侧最远点至该直线纵坐标距离的最大值E max和最小值E min,从而求得被测对象的直线度误差f。
激光干涉仪配置直线度测量配置主要由SJ6000激光干涉仪主机、短直线度镜组（或长直线度镜组）、SJ6000静态测量软件等组件构成，可满足±3mm范围内的直线度测量。
▲运动轴的横向直线度测量示意图▲运动轴的纵向直线度测量示意图直线度测量应用▲测长仪直线导轨的横向直线度测量直线度附件直线度附件由大角锥反射镜、90度转向镜和直线度底座构成。
应用场合：适用于直线度反射镜不便于安装在Z轴的上端或是运动轴的后端。
▲直线度附件含直线度附件的光路原理构建图：▲Z轴直线度的光路原理构建图。
单频激光干涉仪与双频激光干涉仪实际测量精度的比较
单频激光干涉仪与双频激光干涉仪实际测量精度的比较摘要：激光干涉仪作为以激光光波为已知长度，利用迈克尔逊干涉仪系统测量位移的现代化机器设备，在机械加工生产中占据重要作用。
本文在了解单频激光干涉仪和双频激光干涉仪的基础上，通过对比分析掌握实际应用内容，并明确实际测量精度。
关键词：激光干涉仪；单频；双频；激光；光波0引言：因为激光具备高度单色性、高强度以及及高方向性等优势，所以在当前市场中推广的多类激光干涉仪可以与反射镜、折射镜等积极配合来测量平行度、垂直度以及速度等信息，既属于精度测量工具，又属于测量仪器的校正仪器。
1.单频激光干涉仪的概述经过激光器发射出来的光束，在扩束准直以后，将会从分光镜处变成两路，而后会根据固定与可动的反射镜回到分光镜中，并由此得到干涉条纹。
在可动反射镜发生位移的情况下，干涉条纹的光度强度变化将会结合接收器当中的光电转换元件和电子线路等转变成电脉冲信号，而后再利用整形与扩大，输入可逆计算器，并由此得到总脉冲数。
同时，再利用电子计算机按照规定公示分析就能得到可动反射镜的位移数量。
需要注意的是，在利用这类激光干涉仪进行操作时，必须要保障周边大气一直在稳定状态中，原因在于空气当中任何湍流变化都会导致直流点平发生改变，以此影响最终的测量结果。
2.双频激光干涉仪通过在氦氖激光器中添加一个大约为0.03特斯拉的转向磁场，受塞曼分裂和频率牵引所影响，激光器将会出现1到2个完全不同频率的左右旋圆偏振光。
在经过1/4波片之后，将会得到两个彼此垂直的线偏振光，在经过分光镜后将会得到两个不同的路径：一方面偏振片将会成为包含频率为f1-f2的参考光束；另一方面则会又分成两条路径，前者为只包含f1的光束，而后者为只包含f2的光束。
此时，△f代表可动反射镜在移动条件下受多普勒效应影响获取的附加频率，而正负号则代表移动方向。
这一条路径上的光束和经过固定反射镜反射回来只包含f1的光束，将会在经过偏振片后整合成为f1-(f2±Δf）的测量光束。
激光干涉测量技术
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只用一个角锥棱镜反射器作动镜还可以组成图(d)所示的 双光束干涉仪，它也是一种较理想的光路布局，基本上不 受镜座多余自由度的影响，而且光程增加一倍。 (2)整体式布局 这是一种将 多个光学元件结合在一起，构 成一坚固的组合结构的布局。 如右图所示，立方体分光器上 蒸镀了其他元件。整个系统对 外界的抗干扰性较好，抗动镜 多余自由度能力强，测量灵敏 度提高一倍。但这种布局调整 起来不方便，对光的吸收较严 重。 1.立方体分光器;2.移动反射镜
14
(4)零光程差的结构布局 在干涉仪中，为使初始光程差 不随环境条件的变化而变化，常采用参考臂Lc和测量臂Lm相 等，并使两臂布置在仪器同一侧的结构形式。此时，干涉仪 的初始光程差Lm-Lc=0，即所谓的零光程差结构形式，如图所 示。这种结构布局可以提高干涉仪的测量精度。
(a)测量时测量光路光程增加；(b)测量时测量光路减小
式中，nj、ni分别为干涉仪两支光路的介质折射率：li，lj 分别为干涉仪两支光路的几何路程差。若把被测件放入 干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差将随着被测件的
位置与形状而变，干涉条纹也随之变化，测量出干涉条
纹的变化量，便可直接获得l或n，还可间接获得l或n有关
的各种被测信息。
2
激光干涉测量长度和位移
二、测量系统组成
激光干涉测量仪的主要部分有：激光干涉仪系统、干涉条纹 计数和处理测量结果的电子系统及机械系统。 (一)干涉仪系统 干涉仪系统主要包括光源、分束器和反射器。 1.激光干涉仪常用光源 因为He-Ne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，He-Ne激光器特别适合作相干光源； 2.干涉仪将一束光分为两束或几束的方法 (1)分波阵面法 激光器发出的光经准直扩束后，得到一平而 光波的波阵面。利用有微小夹角的两反射镜Ml和M2(菲涅尔双 面镜)的反射，将光波的波阵面分为两部分，然后使二者在屏幕 P相遇，在屏上出现明暗相间的干涉条纹，如下图(a)所示。 (2)分振幅法 把一束光分成两束以上的光束，它们全具有原 来波的波前，但振幅减小了。如迈克尔逊干涉仪。常用的分光 器有：平行平板分光器和立方体分光器．如下图(b)所示
双频激光干涉仪测量
激光干涉仪测长原理典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS、测量反射镜M、参考反射镜R、光电检测器D、检偏器P和三个λ/4波片Q1、Q2和Q3组成。
激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。
当两干涉臂中λ/4波片快轴(或慢轴)与X轴夹角相等且为45度时，两束光通过λ/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过λ/4波片，又转换为线偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差φ，根据公式：φ=2θ=φ=4πL/λ式中：λ为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角θ，进而转换成光电信号的相位φ，信号处理器的作用就是测量出φ，从而计算出位移L。
垂直度的测量工具在一台机器施工实例：多轴系统双频激光干涉仪的工作原理双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。
它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。
基本原理：如图11-2所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频率为f1和f2，旋向相反的两圆偏振光，经λ/4波片变为线偏振光。
调整λ/4玻片的旋转角度，使f l和f2的振动平面相互垂直，以互垂直，以作激光干涉图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图1.激光管2.λ/4波片3. 参考分光镜4. 偏振分光棱境5. 基准锥体棱镜6.移动测量棱体7.10.12.检偏振镜8.9.11.光电管13.光电调制器仪的光源。
当两个线偏振光经过参考分光镜3时(见图11-2)，大部分则由偏振分光棱境4分成两束。
偏振面垂直入射面的f2全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；偏振面在入射面内的f l则全部通过而射到移动测量棱体6上。
由这两个锥体棱镜反射回来的光束在偏振分光镜上合并，并在检偏振镜上混频。
当移动锥体棱镜时，由于多普勒效应，f1变成f1+△f，因而光电元件8所得到的信号是(f1+△f)-f2。
单频与双频激光干涉仪比较 激光干涉仪常见问题解决方法
单频与双频激光干涉仪比较激光干涉仪常见问题解决方法激光干涉仪，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。
单频与双频激光干涉仪比较单频的激光器它的一个根本弱点就是受环境影响严重，在测试环境恶劣，测量距离较长时，这一缺点特别突出。
其原因在于它是一种直流测量系统，必定具有直流光平和电平零漂的弊端。
激光干涉仪可动反光镜移动时，光电接收器会输出信号，假如信号超过了计数器的触发电平则就会被记录下来，而假如激光束强度发生变化，就有可能使光电信号低于计数器的触发电平而使计数器停止计数，使激光器强度或干涉信号强度变化的紧要原因是空气湍流，机床油雾，切削屑对光束的影响，结果光束发生偏移或波面扭曲。
这种无规定的变化较难通过触发电平的自动调整来补偿，因而限制了单频干涉仪的应用范围，只有设法用交流测量系统代替直流测量系统才能从根本上克服单频激光干涉仪的这一弱点。
而双频激光干涉仪正好克服了这一弱点，它是在单频激光干涉仪的基础上进展的一种外差式干涉仪。
和单频激光干涉仪一样，双频激光干涉仪也是一种以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器，所不同者，一方面是当可动棱镜不动时，前者的干涉信号是介于亮和暗之间的某个直流光平，而后者的干涉信号是一个频率约为1.5MHz的交流信号；另一方面，当可动棱镜移动时，前者的干涉信号是在亮和暗之间缓慢变化的信号，而后者的干涉信号是使原有的交流信号频率加添或削减了△f，结果仍旧是一个交流信号。
因而对于双频激光干涉仪来说，可用放大倍数较大的交流放大器对干涉信号进行放大，这样，即使光强衰减90%，仍旧可以得到合适的电信号。
由于这一特点，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，也可以在一般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，也可以用于特别场合，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。
双频激光干涉仪的应用
双频激光干涉仪的应用(2010-03-01 21:55:22)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。
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（Distance Measurement），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(Large Dimension Measurement)[1]。
双频激光干涉仪在一般长度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。
双频激光干涉仪线测量机床线性度误差
机械工程学院2013 级硕士研究生一级学科实验任务书实验人员：XXX 实验成绩：指导老师：XXXX实验时间：2014 年 6 月21 日，星期六实验学时：2学时实验地点：机械工程学院精密测试实验室（一楼）实验名称：双频激光干涉仪认知与操作实验双频激光干涉仪线测量机床线性度误差一、实验目的1、初步学会装配双频激光干涉仪装置的方法。
2、理解并且掌握双频激光干涉仪的工作原理及其实验步骤。
3、能独立完成相关数据的处理与分析 二、 实验设备实验设备如图1所示，主要由XL-80校准激光干涉仪、分光镜、角锥反射镜、脚架、XC-80温湿度传感器和PC 机等相关器件组成。
完成图1实验设备的连接后，由相应的光学知识可知，移动靶镜， XL-80校准激光干涉仪能实时将测量数据发送给PC 机。
与此同时，XC-80温湿度传感器将每隔7s 向PC 机传送温湿度补偿数据。
最终，利用PC 机器自带的相关软件实现了数据的采集、补偿以及处理分析。
XL-80校准激光干涉仪XC-80温湿度传感器分光镜PC 机脚架角锥反射镜图1 实验装置三、 干涉测量法的原理如图2所示，一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。
另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。
从激光头射出的激光光束 (1)具有单一频率，标称波长为0.633m ，长期波长稳定性（真空中）优于0.05m pp 。
当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光： 反射光束(2)和透射光束(3)。
这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束。
如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。
如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。
这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。
测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。
应当注意到，激光波长将取决于光束经过的空气的折射率。
双频激光干涉仪
参考信号 ( f1 f 2 )
参考接收器
测量信号 ( f1 f 2 f ) 5518A激光头 -15V +15V 5508A 测量显示器 倍频器 脉冲 计数器 +15V 电源 +15V -15V +15V -15V +15V HP-IB接 口 A/D转换 倍频器 脉冲 计数器 测量信号 键盘/ 显示 线 据 总 光强信号
1.1.1 双频激光干涉仪
HP 系列双频激光干涉仪是高精度位移和角度测量中应用较为广泛的一种仪 器，它是根据激光多普勒原理，测量出激光束光程的变化，通过相应的关系得到 被测位移或角度值，还可同时测量速度、直线度、平行度、垂直度等多种参数，
f1 高压 电源 激光器组件 激光逆转控制 采样器组件 1 液晶 2 测量接收器 f2 f1 , f 2 f1 , f10） （2-11）
两路光干涉后产生干涉信号的振动表达式
E ' A cos[2 ( f1 f1 )t 1 ] A cos[2 ( f 2 f 2 )t 2 ] 2 A cos{ [( f1 f 2 ) (f1 f 2 )]t
1 2
参考信号 补偿数据
材料温度 传感器
空气 传感器
-15V +15V
图 2-7 双频激光干涉仪原理框图 Fig.2-7 Diagram of the principle of the dual-frequency interferometer
技术成熟，操作方便、可靠性好。干涉仪由激光头（包括激光器、稳频装置及光 电接收器）和测量显示装置（包括计数器、A/D 转换器及接口电路）两个基本部 分组成， 其结构原理如图 2-7 所示。 其光源是利用纵向塞曼效应稳频的双频 He-Ne 激光器，稳定性好，波长准确度高，是较为理想的双频激光光源；测量显示装置 的信号处理电路可靠性好， 信噪比高， 测得数据可以直接输入计算机中得出结果。 该仪器用于角度测量通常用于测量机床或转台的轴向倾斜角和偏航角， 测量过程 中反射光线的方向发生变化，限制角度测量范围仅为10，并且一般只用于静态 测量。
双频激光干涉仪测量
激光干涉仪测长原理典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS、测量反射镜M、参考反射镜R、光电检测器D、检偏器P和三个λ/4波片Q1、Q2和Q3组成。
激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。
当两干涉臂中λ/4波片快轴(或慢轴)与X轴夹角相等且为45度时，两束光通过λ/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过λ/4波片，又转换为线偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差φ，根据公式：φ=2θ=φ=4πL/λ式中：λ为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角θ，进而转换成光电信号的相位φ，信号处理器的作用就是测量出φ，从而计算出位移L。
垂直度的测量工具在一台机器施工实例：多轴系统双频激光干涉仪的工作原理双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。
它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。
基本原理：如图11-2所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频率为f1和f2，旋向相反的两圆偏振光，经λ/4波片变为线偏振光。
调整λ/4玻片的旋转角度，使f l和f2的振动平面相互垂直，以互垂直，以作激光干涉图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图1.激光管2.λ/4波片3. 参考分光镜4. 偏振分光棱境5. 基准锥体棱镜6.移动测量棱体7.10.12.检偏振镜8.9.11.光电管13.光电调制器仪的光源。
当两个线偏振光经过参考分光镜3时(见图11-2)，大部分则由偏振分光棱境4分成两束。
偏振面垂直入射面的f2全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；偏振面在入射面内的f l则全部通过而射到移动测量棱体6上。
由这两个锥体棱镜反射回来的光束在偏振分光镜上合并，并在检偏振镜上混频。
当移动锥体棱镜时，由于多普勒效应，f1变成f1+△f，因而光电元件8所得到的信号是(f1+△f)-f2。
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双频激光干涉仪测量激光干涉仪测长原理典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS测量反射镜M参考反射镜R、光电检测器D检偏器P和三个入14波片Q1、Q2和Q3组成。
激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。
当两干涉臂中入/4波片快轴（或慢轴）与X轴夹角相等且为45 度时，两束光通过入/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过入/4波片，又转换为线偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差0 ,根据公式：0 =2 0 = 0 =4n L/ 入式中：入为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角0，进而转换成光电信号的相位0，信号处理器的作用就是测量出0 ，从而计算出位移L。
垂直度的测量工具在一台机器施工实例：多轴系统双频激光干涉仪的工作原理双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。
它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。
基本原理：如图11-2 所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频率为fl和f2，旋向相反的两圆偏振光，经入/4波片变为线偏振光。
调整入/4玻片的旋转角度，使fl 和f2 的振动平面相互垂直，以互垂直，以作激光干涉图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图1.激光管2.入/4波片3.参考分光镜4.偏振分光棱境5.基准锥体棱镜6.移动测量棱体7.10.12. 检偏振镜8.9.11. 光电管13. 光电调制器仪的光源。
当两个线偏振光经过参考分光镜3时（见图11-2），大部分则由偏振分光棱境4 分成两束。
偏振面垂直入射面的f2 全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；偏振面在入射面内的fl 则全部通过而射到移动测量棱体6 上。
由这两个锥体棱镜反射回来的光束在偏振分光镜上合并，并在检偏振镜上混频。
当移动锥体棱镜时，由于多普勒效应，f1 变成f1 + △f ，因而光电元件8 所得到的信号是(f1+ △f) -f2 。
在可逆计数器中与参考信号(f1-f2) 相减，棱镜每移动半个波长，光程变化是整个波长。
测得的位移是l=入12 X N,经计算机处理，所测得的位移值可在计算机显示器上读出。
位移量测量原理如图11-3 所示。
图11-3 位移量测量原理图四、实验内容及步骤1 ．使机床各轴回参考点2 ．按图所示摆放仪器。
图11-4 激光干涉仪的使用示意图3 ．决定反射镜( Linear retroreflector )安放位置,并固定在机床上。
4 ．选择透射镜( Interferometer )安放位置,使反射镜和透射镜保持在同一高度。
5．调整激光头使其与反射镜及透射镜保持在同一直线和同一高度。
6 ．接通激光头的电源,预热5 分钟后,调整光路使反射光几乎全部进入激光头的入口。
7 •移动机床，使其移动一个步距(从机械原点即零点计算起)，按下〖RECORD键, 从而记录机床实际移动数值及其移动误差。
如X轴方向的位移测量示意图5。
图11-5 位移测量示意图8 •每隔一个步距移动一次机床，按下〖RECORD键，重复该步五次。
在测量数控机床的位置精度时,测量移动的步距(两个测量点的距离)要根据数控机床系统参数来定，加工中心(VMC-850 FANUC系统)参数中定义的步距为30mm根据对坐标轴X、Y、Z 三个方向位移测量记录下来的数据：单向和反向测量的数据,绘制误差曲线图(横坐标为测量点的位置长度mm纵坐标为步距的误差口m。
数控机床工作轴移动的尺寸填入下表：(1)实际测量工作台上给定点P i沿X运动轴单向的运动定位误差(i=0,l,2,3,4,5)曲线图数控机床工作移动的尺寸填入下表：负向移动mm )根据五个测量点的误差,计算平均误差,输入到数控机床参数的单向间隙补偿中。
(2)实际测量工作台上给定点Pi沿X运动轴反向的运动定位误差(i=0,l,2,3,4,5) 曲线图0 30 60 90 120 150 mm)根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的反向间隙补偿中。
(3)实际测量工作台上给定点Pj 沿Y 运动轴单向的运动定位误差( j=0,l,2,3,4,5) 曲线图数控机床工作移动的尺寸填入下表：负向移动0 30 60 90 120 150 ( mm)根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的单向间隙补偿中。
(4)实际测量工作台上给定点Pj 沿Y 运动轴反向的运动定位误差( j=0,l,2,3,4,5) 曲线图数控机床工作移动的尺寸填入下表：正向移动mm )根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的反向间隙补偿中。
(5)实际测量主轴上给定点Pk沿Z运动轴单向的运动定位误差(k=0,l,2,3,4,5) 曲线图数控机床工作移动的尺寸填入下表：负向移动mm )根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的单向间隙补偿中。
(6)实际测量主轴上给定点Pk沿Z运动轴反向的运动定位误差(k=0,l,2,3,4,5) 曲线图数控机床工作移动的尺寸填入下表：正向移动mm )根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的反向间隙补偿中。
双频激光干涉仪测量角度和角速度从几何意义上来说，角度表征了从同一点出发的两条直线的方向差别。
角度的复现是建立在圆周角等于360°的基础上的。
激光测角的方法很多，按照测角范围分类，可分为：小角度测量和全角测量; 按照有无合作目标分类，可分为有靶镜测量和无靶镜测量; 按照坐标特征可以分为：俯仰角、偏摆角、滚动角的测量。
德国耶拿尔JENAer双频激光干涉仪通过不同的光学镜组件，可对机床的俯仰角、偏摆角和滚动角进行测量。
以下为垂直度( 直角) 测量的原理：许多机械系统，如机床、测量机等都采用直角坐标系统。
在理想情况下X、Y、Z三个坐标轴相互垂直。
如果他们不垂直就会影响空间坐标的精度。
因此，垂直度的测量已引起广泛的重视。
测量垂直度的方法基于直线度测量，以直角方块为基准，测量两个待测导轨的直线度，可以计算出两个导轨的垂直度。
这种测量方法的核心思想是以双面反射镜的角平分线为直线基准(简称准直基线)。
测量垂直度时，首先将准直基线调整到和待测的一个方向平行，后来的任何调节都不得变动双面反射镜。
因此，准直基线就平行于一个待测方向。
这时用直角标准块和反射棱镜把光束转90°，用空心四面体联系入射光和出射光。
沃拉斯顿棱镜放在出射侧，光束从双面反射镜返回、合光，进入激光器计数。
四面体和沃拉斯顿棱镜在跟随另外一个运动方向运动的过程中所显示的直线度误差就是垂直度误差，误差值除以移动距离就是角度值。
激光干涉仪详解激光干涉仪的开发，给机床工业提供了高精度的标准，适用于各种型号和规格的机床。
稳定的氦氖激光代表了当前激光长度测量标准的工艺水平，而且在实际上成为已采用的长度测量标准。
激光干涉仪的精度视激光波长而定，其精度较好于0.5PPM （百万分子0.5）。
激光干涉仪可以测出单轴六个自由度中的五个：线形定位、水平面内直线度、垂直面内直线度、俯仰角和偏摆角，也可测量两轴之间的垂直度。
使用激光干涉仪测量，必须要考虑到的误差源：一、环境误差。
激光干涉仪的绝对精度取决于周围条件的精确程度（或者说环境的稳定程度）。
环境温度每产生1C的变化，绝对压力每产生 2.5mm Hg或相对湿度每产生30%的误差时，都将会导致约1PPM（百万分子一）的测量误差。
这些误差利用人工补偿或激光干涉仪所配的自动补偿装置可部分克服。
因此检测期间保持这些条件的稳定非常重要。
二、机床表面温度。
即机床本身温度变化的影响。
对于用钢制丝杠定位滑鞍的机床，丝杠理论热膨胀系数为10.8PPM/C，即温度每升高1 C,他将膨胀近10.8微米/米。
三、死径误差（死行程误差）。
它是一种在测量期间与环境条件的变化有关系的误差。
它是由于当围绕激光束的大气压力发生变化（引起激光波长变化）时以及当固定有激光干涉仪和目标反射镜的材料温度发生变化（引起干涉仪和反射镜之间的距离变化）时，激光束行程长度得不到补偿而造成。
简单的讲，激光测量行程的死行程区是指激光干涉仪与测量复位点（或0 点）位置间的距离。
激光干涉仪自身的补偿系统仅能补偿测量复位点到测量行程终点的距离，而对于死行程区的距离是不补偿的。
四、余弦误差。
激光束路径对应机床运动轴线如未对准，将在测量长度同实际移动长度间产生一个误差。
由于这个误差与光束和实际运动间未对准角的余弦成比例，所以未对准误差通常称为余弦误差。
余弦误差=i-cos e，对于较小的e，余弦误差近似于e 2/2。
举例来说，当=1mrad （3 arcmin），则余弦误差为0.5ppm。
当激光测量系统与机床移动轴线未对准时，余弦误差将使测量长度小于实际长度。
消除余弦误差的方法是在安装时确保良好的对准。
五、阿贝误差。
阿贝误差原理是长度计量和长度计量仪器设计中最经典的测量原理。
被测轴线和测量轴线应在同一直线或其延伸线上，如果在一个偏离的被测位移的位置上进行测量时，部件的任何角运动都将产生一个误差。
估算角运动产生的误差的一条有益经验是：每角秒的角运动产生约5um/m的偏移。
对于阿贝偏移为200mm 2秒的角运动，其测量位移误差为200mr H 5um/m/角秒X2角秒=2um。