激光准直技术分类

1.2激光准直技术分类
按检测原理激光准直技术大致可分为三个类型。

（一）振幅(光强)测量型
利用激光本身的方向性，以激光光强分布中心作为准直基线，是这类准直方法的最初型式。

当用位敏光电器件或CCD作为探测器时-可同时实现二维测量，这是振幅测量型激光准直仪的优点。

然而如前面所述，由于激光漂移、光线弯曲、大气扰动以及光束横截面内光强分布的不对称性的影响，直接利用激光本身作准直基线，稳定性最好也只能达到5
10 量级。

为提高准直精度，必须有效地克服上述影响，于是出现了多种设计方案，如菲涅尔波带法、零级条纹干涉法、零级衍射同心圆法、不对称位相板法 ]、海定格非定位干涉条纹法 ]、对称双光束法、单模光纤法等。

这些方法在克服激光漂移及光强不对称分布的影响方面起到了好的效果-然而对大气扰动的影响仍无法解决
1、 Fresnel波带片法
激光束通过Fresnel波带片形成十字形的能量分布。

以十字线的中心作为准直基线，来克服光强分布不对称的影响，但因为波带片有确定的焦距，不可能在很长距离上都得到清晰的十字像。

2、位相板法
采用二维非对称位相板，它的四个象限上每两个相邻的象限具有二相位差，所形成的直边衍射图是亮背景上的一个暗十字。

这种方法很适合于对中控制，但由于衍射的作用，测量范围不可能太大。

3、双光束准直法
两光束是由一个空间棱镜分出的。

当激光器的出射光束漂移时，经过棱镜之后的两光束漂移方向相反。

采用两光束的平分线作为准直基线可以克服激光器的漂移影响，但该系统对双光束的平行性要求较高，在长距离范围内不易实现。

4、反馈控制法
利用闭环反馈技术，实时修正各种因素而致的漂移误差，来提高准线精度，进而实现高精度的激光准直测量。

反馈控制法准直系统在出现光束漂移时，反馈系统的接收装置(控制用探测器)接收到该信号。

并将其转换为相应的电信号，此信号再经驱动放大，作用于驱动机构(压电陶瓷)，来对激光束的方向进行二维调整，从而实现对光束漂移量的实时修正，提高准线的精度。

该系统经实验测试表明:准直距离为5m，相对精度为
7
1-
⨯。

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5、单模光纤准直法
采用单模光纤激光准直主要是将激光器本身的漂移抑制到最少的程度。

实际上，激光器发出的光经过单模光纤后，其单模光纤的出射端点相当于二次光源，理论上，激光光束的稳性只取决于光纤出射点在空间的稳定性，激光器与光纤入射端点的相对位置的变化只影响它们之间的耦合效率。

（二）相位测量型
这类准直装置大多属于激光准直干涉仪，其工作原理是让直线度误差引起干涉信号的相位变化而被检测出来相位测量型大部设计成千涉仪两臂(测量光束与参考光束)在传播方向上呈对称分布。

因此，其准直基线不是激光束本身，而是测量光束与参考光束的对称轴。

这在克服激光漂移的影响方面有较好的效果当两束光靠得很近时，对大气扰动的影响也能有所减轻属于相位测量型的准直方案有：双频激光干涉法、直线光栅测量法、激光准直干涉法等。

目前双频激光干涉仪在工业上得到广泛的应用。

1、莫尔条纹激光准直
无衍射光是一种光束截面形状不随光传播距离变化的特殊光束，可以作空间直线测量的基准。

由于无衍射光对激光束的准直性要求小，可以采取措施大大减小激光器本身的漂移。

其基本原理是:激光器、空间滤波器、扩束镜和锥镜形成无衍射光，利用无衍射光所形成的、不随传播距变化的贝塞耳函数光环作直线基准Z轴。

该光圆环光栅相迭，产生的莫尔条纹被CCD采集后存储于计算机。

被测物移动过程中相对贝塞耳函数中心线的偏移将会改变莫尔条纹，计算机根据莫尔条纹中心的二维偏移量就可以直接测量出贝塞耳函数光束中心与圆环光栅中心的距离。

从而可以用五维驱动装置跟踪贝塞耳函数光环中心来补偿二维偏移量。

该激光准直系统的定向精度是m
.0μ。

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m5/
2、双频激光干涉法
激光束被Wollaston棱镜对称分开，射向两面角反射镜并按原路返回于Wollaston棱镜上重新会合被探测器接收。

这种方法精度高、稳定性好，目前应用最广。

但是其测量传感元件不允许在光路中移进移出，记数必须连续，且只能采用不同的附件分段测量直线度。

图1-1所示的清华大学研究开发的自适应双频激光准直系统，参考信号和测量信
号在50米内两光束几乎是重合的，对大气扰动具有相当的自适应能力。

由于在测
量上的改进，可在数十米的长度上无死区的连续测量直线度，在准直距离为llm
,并且测量敏感元件可以从光路中移进移出，能用于同轴度时，标准偏差为6m
的测量
（三）偏振测量型
偏振测量型的代表是激光旋光准直仪，它以往返光束的对称中心作为准直
基线，让直线误差变成激光编振方向的变化(旋光)而设检测来。

它的构思是独特
的-测量灵敏度也很高，往返光束的对称分布对克服激光平漂是有效果的。

当往
返光束靠得很近，甚至重合时·也能在某种程度上减轻大气扰动的影响。

偏振测
量型另一个优点是它的测量元件可在光路中移进移出，这是大多数相位测量型准
直干涉仪做不到的。

这个特点可使它应用于同轴度测量。

图1-3旋光准直光学系统
1.3影响激光准直的主要因。