激光干涉仪测量长度

　　长度计量主要是研究和建立长度计量基准，实现长度计量的量值传递，研究孔径、角度、直线度、平面度、表面粗糙度等测量方法和测量误差，以及测量结果的数据处理等.长度测量是将被测长度与已知长度比较，以确定被测长度的量值，量值以数字和单位表示.

　　长度测量工具按工作原理分为机械、光学、气动、电动和光电等类型，这种分类方法是由测量工具的发展历史形成的.

　　自上世纪60年代以来.在测量中逐步应用电子计算机技术和激光技术.电子计算机具有自动修正误差、自动控制和高速数据处理的功能，为高精度、自动化和高效率测量开辟了新的途径.激光具有极好的时间和空间相干性、高亮度和好的方向性，应用激光技术使得测量不仅具有更高的灵敏度和精度，而且测量范围进一步扩大，测量速度进一步加快.现代测量技术已经发展成为精密机械、光、电和电子计算机等技术相结合的综合性技术.

　　1激光干涉测长的工作原理

　　大多数测量长度的激光干涉仪，其光学系统都是改进型的双光束迈克尔逊干涉体系.如图1所示，干涉仪的一臂(参考镜)固定，另一臂(测量臂)同被测量长度联结在一起.当测量臂同被测物件沿光线方向移动时，干涉仪两臂的光程差不断变化，测量镜每移动},/2的距离时，两臂的光程差变化一个波长.干涉条纹移动一条只要精确测定条纹移动数N，就可以算出测量镜的移动距离L，从而获得了被测长度:

　　为了快速而高精度的进行干涉条纹的计数，必须利用光电技术，在图i所示系统中，干涉条纹由光电探测器接收，经放大电路进行放大、整形后送入专用计算机计数并做环境参数修正，计算机实时计算被测长度值并显示计算结果.

　　上述激光干涉比长仪以光波长为基准来测量各种长度，具有很高的精度.但其前置放大器只能使用直流放大器，不可避免的存在直流电平的漂移，因而它对环境的要求高，不允许干涉仪两臂的光强有较大变化，仪器的抗干扰(振动、噪声)能力差.为了能够应用于工程现场的精密测量.必须从本质上提高其抗干扰能力，激光外差干涉技术就是在这一要求下发展起来的.在干涉仪的参考光路引入某频率的载波，信号通过这一载波来传递，从而可以使用交流式前置放大器.

　　图2为双频激光外差干涉仪的光学系统，在He-Ne激光管上加有3006的轴向磁场，由塞曼效应和激光频率牵引效应，激光器发出一束有两个频率f1, f2左旋和右旋圆偏振光(频差1.SMHZ).双频激光束通过1 /4波片后变成两个互相垂直的线偏振光，经扩束、分束后，一部分被反射到检偏器4作为参考光束，并在检偏器主截面上产生拍频(信号频率1.SMHZ)，经放大送入到混频器;另一部分透过分束镜进入干涉系统.偏振分光镜7把频率为f2的线偏振光全部反射到反射镜8中.频率为fz的线偏振光全部透到测量棱射镜9中，测量棱射镜9运动所致DOPPLER效应产生频移，返回光束频率为f2士△f,双与f1光束汇合在检偏器11，并在检偏器主截面上产生拍频，经放大送入到混频器.由此解调出测量信号，最后送入计算机由2式计算出实际位移量: