激光干涉测量技术

器件。
(3)直角棱镜反射器 如下图(b)所示，它的三个角分别为
45◦、45◦ 、90◦ ，光入射在斜面上。它只有两个反射面，
加工起来比较容易，并只对一个方向的偏转敏感。对于垂
直人射面的平面偏振光不受干扰。
‹#›
2021/2/20
(4)“猫眼”反射器 如下图(c)所示，它由一个透镜L和一个凹 面反射镜M组成、反射镜放在透镜的主焦点上，从左边来的 入射光束聚焦在反射镜上，反射镜又把光束反射到透镜，并 沿与入射光平行的方向射出(与反射镜的曲率无关)。若反别镜 的曲率中心C’和透镜的中心C重合，那么当透镜和反射镜一起 绕C点旋转时，光程保持不变：“猫眼“反射器的优点是容易 加工和不影响偏振光的传输。在光程不长的情况下也可考虑 用平面反射镜代替凹面反射镜，这样更容易加工和调整。
‹#›
2021/2/20
4．典型的光路布局
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
‹#›
2021/2/20
激光干涉测量长度和位移
激光干涉仪是一种所谓“增量法”测长的仪器，它是把目 标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标反 射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差即发生变化，干 涉条纹也将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收，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个周期，记录下信号变化的周期数，便 确定了被测长度。以迈克尔逊干涉仪为例，设在测量开始时， 一束激光经分光器B被分成两束，它们经参考反射镜M1和目 标反射镜M2后沿原路返回，并在分光点O处重新相遇，两束 光的光程差
激光干涉测量技术
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。
干涉测量技术大都是非接触测量，具有很高的测量灵敏 度和精度。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长 度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。 在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、马赫泽德干涉仪、菲索干涉仪、泰曼-格林干涉仪等；70年代 以后，抗环境干扰的外差干涉仪(交流干涉仪)发展迅速， 如双频激光干涉仪等；近年来，光纤干涉仪的出现使干涉 仪结构更加简单、紧凑，干涉仪性能也更加稳定。
在干涉测量中，干涉仪以干涉条纹来反映被测件的信 息，其原理是将光分成两路，干涉条纹是两路光光程差相 同点联成的轨迹。而光程差△是干涉仪两支光路光程之差， 可用下式表示
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。
• 光电计数器：其作用是对干涉条纹的移动进行计数；
• 显示和记录装置：其作用是显示和记录光电计数器中记下的 干涉条纹移动的个数或与之对应的长度；
• 光电显微镜：作用是对准待测物体，分别给出起始信号和终
‹#›止信号；
2021ຫໍສະໝຸດ Baidu2/20
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
• 激光光源：它一般是采用单模的He-Ne(同位素)气体激光器， 输出的是波长为0.6328微米的红光。为提高光源的单色性， 对激光器要采取稳频措施；
• 迈克尔逊干涉仪：由它来产生干涉条纹；（核心部件）
• 可移动平台：它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；
式中，λ0为激光光波中心波长
‹#›
2021/2/20
测得干涉条纹的变化次数K之后，即可由上式求得被测 长度L。在实际测量中，采用干涉条纹计数法，测量开始 时使计数器置零，测量结束时计数器的示值即为与被测长 度L相对应的条纹数K。可把上式改写为
式中， λ=λ0／n， λ是激光光波在空气中的波长。
激光干涉测长仪的主要结构
和P分量透射光。偏振分光器也可由晶轴正交的偏光棱镜组
成，如渥拉斯顿棱镜，如上图(c)所示。
3.干涉仪中常用的反射器
(1)平面反射器 偏转将产生附加的光程差，在采用多次
反射以提高测量精度的系统或长光程干涉仪中，此项误差
不可忽略；
(2)角锥棱镜反射器 如下图(a)所示，它具有抗偏摆和俯
仰的性能，可以消除偏转带来的误差，是干涉仪中常用的
式中n为空气的折射率，Lm为目标反射镜M2到分光点O的距
离。Lc为参考反射镜M1到分光点O的距离。
测量结束时。目标反射镜M2移过被测长度L后，处于M2’的
位置。此时两光束的光程差
‹#›
2021/2/20
迈克尔逊干涉仪测长示意图
在测量开始和结束这段时间里，光程差的变化量
光程差每变化一个波长，干涉条纹就明暗交替变化一次， 则测量过程中与d△相对应的干涉条纹变化次数
‹#›
2021/2/20
(a)分波阵面法；(b)分振幅法
‹#›
2021/2/20
(c)分偏振法
‹#›
2021/2/20
(3)分偏振法 在偏振干涉仪系统中需要采用偏振分光器，
它由一对玻璃棱镜相胶合而成，在其中一块棱镜的胶合面
上交替蒸镀氟化镁和硫化锌膜层。入射光以布儒斯特角进
入介质层，经多次透射和反射得到高偏振度的S分量反射光