简化光路的激光干涉仪及其应用

　　1　引言

　　现在国内外出现的激光测长仪、激光测角仪、环形激光器、激光测振仪等这类仪器都具有光干涉仪高精度的特点,而与此同时确也相应地存在某些不足之处,如设备复杂、制造困难,要求较高的环境条件,因而它们大多数只能在实验室的条件下使用。但随着机械制造中加工精度及自动化程度的不断提高,相应地要求有高精度的、便捷的测量仪器。目前的这类激光干涉仪要满足这一要求是比较困难的。文中介绍的简化光路激光干涉仪就是从这一基本点提出来的。

　　2　工作原理

　　2·1　光学部分

　　简化光路激光干涉仪较之普通干涉仪在结构上的特点是取消了一块固定反射镜,而以激光器的光出射口反射镜代替。这一方面简化了结构,另一方面是干涉仪因此具有了准直的特点。

　　(1)图1表示了该干涉仪的基本光路。激光束不经过扩束准直由光源出射后,首次经过分光镜,部分光被反射射向光电元件3。而大部分光透射后到达于全反镜4,经全反镜4而带有信息的反射光再次经过分光镜,其中大部分透射后到达激光管出射口的反射镜,经此反射的光束第3次到达分光镜,再次反射的光束和第1次反射光重合而发生干涉,这样由光电元件就可取出由于光干涉条纹移动而产生的位移脉冲。位移脉冲数N和被测物的位移量S与普通干涉仪一样,两者有如下关系:

式中:λ0为激光在真空中的波长;n为空气实时折射率。由上述可见,该光路比较简单,且调整方便。比如只要目视投射到全反镜上的两个光斑重合在一起,仪器便能正常工作。

　　(2)在大位移的测量中,常常不仅要测量实际的位移量,而且要判断位移的方向。此外,在现场测量中系统的振动也是不可避免的,为了消除振动对测量的影响。这些都要求光学系统能给出两路包含同样位移信息且相位差90°的电信号,这一目的的实现仅需在图1虚线所示的光路上加一光电元件即可。为了调整相位,虚线光路中可置一透明介质移相平板5。对于被测物以某一速度移动时,无疑移相平板的位置是可以调整的。但在速度变化时,相移数值的变化也是存在的,只是当速度在一个相当大的范围内变化时,相移的变化很小而已,以至不会影响后面倍频电路及判向的正常工作。根据光的多卜勒效应,当入射光、反射光及物体运动方向均在同一直线上时,则反射光频率为:

式中:v_s为真空中的激光频率(He-Ne激光,v_s=4·74×1014Hz);c为真空中光速,c=3×10⁸m/s;v为被测物体移动速度,m/s.

　　2·2　光学参数选择