0.6328μmHe-Ne激光器小数重合法大尺寸绝对距离测量方法的研究

    1概述

    光波用于长度测量主要分为条纹记数法和多波长小数重合法两大类，60年代激光的出现首先使条纹记数法进一步应用于大尺寸测量，如用于双频激光干涉仪上。但是条纹记数的固有缺点限制了它在许多场合的广泛应用。70年代中后期以来，许多科学家开始了以小数重合法为基础的无导轨绝对距离干涉测量的研究，为解决大尺寸工件质量的高精度检测问题提供了有效的途径。

    无导轨绝对距离测量的基木思想是利用若干单波长组成长度逐级增加的合成波长链，根据初测值及各级合成波长对应的小数干涉级次，从最高级合成波长开始，逐级求解被测长度使之逼近真值，对于不同的激光器，合成波长链的组合方式和逐级精化过程不同，但总的原则是一样的，即降低对初估值误差的要求，提高测量精度，扩大测量范围。木文采用0.6328微米热稳频双模He-Ne激光器为例来进行大尺寸绝对距离测量方法的研究，该激光器具有频差为1000VIH z偏振方向固定目‘互相垂直、光强相等的两个纵模。

    2测量原理

    无导轨绝对距离干涉测长的一般公式即光波干涉方程：

        其中，L是被测长度，λ是光波波长何以是单一波长或光波合成波长)，m,ε分别是干涉条纹的整数和小数。与双频激光干涉条纹计数法不同，无导轨绝对距离合成波干涉测长的特点是:干涉测量得到的只是条纹小数ε。值，条纹整数m是利用长度L的初估值L_e来确定的。为了保证m值的唯一性，初测值的测量精度必须满足一定的要求，设初测值为Le，将它写成用λ_s，洗波合成波长)和ε表示的干涉测长公式的形式:

式中:Le L0,L-L0分别表示初测精度和一级合成波测长精度。对于多级合成波长测长链，各级合成波测长对应的整数级次都是由上一级合成波或初测结果得到的，因此式(5)既表示了从初测向最高级合成波长过度的条件，又表示了各级合成波之间实现过度的条件。对于本测量方法，初估值误差必须小于一级合成波长的1/8这个要求对于几米至几十米的测量范围是比较容易满足的。

    3钡测量小数级次的方法

    3.1外差法

    外差法通过将各单波长光波外差信号与同频率参考信号进行比相处理，直接得到单波长小数级次。它的工作原理如图1所示。He-Ne激光器输出偏振方向固定目‘互相垂直的两个频率的光波，偏振分光镜将激光器右端输出光中的两个频率光波分开。激光器右端输出光经声光调制器后每个频率的一级衍射光相对零级衍射光均产f₀玩频移。