高精度激光长度测量干涉仪

　　自从激光器问世以来，特别是近几年德频激光器付之实用后，干涉精密测量取得了重大的进展。目前，激光干涉系统已广泛应用于长度、角度、直线度、平行度、平面度、两轴正交性、光洁度等几何量的精密测量，机械加工中工件尺寸的控制和切削参数的测量，精密机床、坐标测量机的校正，集成电路制作中的精密定位，以及振动、速度、加速度、重力、压力、材料线膨胀系数等物理量的精密测定。本文叙述几种新的高精度激光长度测量干涉仪，这些干涉系统当然也可以应用于其它精密测量领域。

　　条纹计数干涉仪

　　如图1所示，从稳频激光器发出的激光束被分光器分成参考光束和测量光束两路。在参考光路中插入一块半波片，而在由分光器反射的接收光路中加置一块偏振分光器。这样，由　　探测器1、2、3得到三个彼此正交的信号。经放大器放大后送入差分电路，得到两个正交信号。然后送入可逆计数器进行计数、辨向和细分。这样设计的干涉仪能大大抑制杂光、电　　子设备的漂移和噪声的影响。因此，测量精度达0.1微米，而且甚至在干涉仪一臂中光强减户少95%仍能正常维持条纹的计数。可动反射器的移动速度最大允许达300毫米/秒.

外差式干涉仪

　　如果采用具有很小频差的两种频率f1和/f2(相应的波长为入，和从)的激光，那么它们相干的结果形成拍频信号。也就是说，当干涉系统两臂中的光束分别为频率f，和八，则可以观察到于涉系统两臂光程长度l，和12固定时的拍频信号(f1一f2)。如果I:或I:改变时，拍频信号的相位发生变化。反之，探测出相位变化，然后同固定的参考信号相比较，就能精确地测定人或l:的变化。采用这种原理的干涉仪称为外差式干涉仪。由于拍频信号的相位变化可以高情反测出，所以外差式干涉仪近来已被广泛地应用精密测量中。

　　图2为外差式干涉仪简图。光源为利川塞曼效应的双频激光器，它发出两种频率f，和声的激光束。通过偏振分光器使f1和f2分别进入测量光路和参考光路。从固定反射器和可动反　　射器反射回来的光束相遇，产生拍频信号。如果可动反射器以速度厂运动，则频率f:由于多普勒效应而偏移△f1=2Vf1/C，其中C为光速。从探测器1接收到的信号f1一f2土△f:中减去　　参考信号f1-f2，就可以得到并记录下由于多普勒效应产生的△fl。根据这一计数，可以由关系式2Vtf1/C=2d/入来确定被测长度，式中d即为可动反射器在时间才内移动的距离。图2　　所示干涉仪的分辨率可达0.01微米，并在干涉仪一臂中光强减弱95帕的情况下仍能正常工作，可动反射器的移动速度可达300毫米/秒。这种干涉仪除精密测量长度尺寸外，增加适当附　　件就可以测量角度、一导轨直线性等参数，并且可供精密机床等精密定位用。