雙頻激光干涉測(cè)量的原理是什么？

本文介紹了雙頻激光干涉用來測(cè)量的原理。

雙頻激光干涉儀是在單頻激光干涉儀的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種外差式干涉儀。和單頻激光干涉儀一樣，雙頻激光干涉儀也是一種以波長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度進(jìn)行度量的儀器。雙頻激光干涉儀可以在恒溫，恒濕，防震的計(jì)量室內(nèi)檢定量塊，量桿，刻尺和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。它既可以對(duì)幾十米的大量程進(jìn)行精密測(cè)量，也可以對(duì)手表零件等微小運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精密測(cè)量，既可以對(duì)幾何量如長(zhǎng)度、角度、直線度、平行度、平面度、垂直度等進(jìn)行測(cè)量，也可以用于特殊場(chǎng)合，諸如半導(dǎo)體光刻技術(shù)的微定位和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器上記錄槽間距的測(cè)量等等。

設(shè)測(cè)試光路和參考光路的激光頻率分別為ω 和ω + Δω ，則干涉場(chǎng)的瞬時(shí)光強(qiáng)為：

由于光電探測(cè)器的頻率響應(yīng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光頻率ω ，它不能跟蹤激光頻率變化，所以上式中含有2ω的交變項(xiàng)對(duì)探測(cè)器的輸出響應(yīng)無貢獻(xiàn)。故探測(cè)器的輸出為：

上式表明，干涉場(chǎng)中某點(diǎn)光強(qiáng)以低頻Δω 隨時(shí)間余弦變化。

利用雙頻干涉測(cè)試技術(shù)可進(jìn)行長(zhǎng)度、速度、角度、平面度、直線度、垂直度和振動(dòng)的測(cè)量。

下圖為雙頻激光干涉測(cè)量原理示意圖。激光器發(fā)出兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏光f1和f2，其頻差為Δf ，經(jīng)過 1/4波片后變成兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的線偏光，再經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)后被分束鏡分為兩部分，其中一部分（約4%）被反射到振動(dòng)方向45° 放置的檢偏器，按馬呂斯特定律合成新的線偏光，產(chǎn)生多普勒效應(yīng)的拍頻，其頻率為f2?f1，作為參考信號(hào)被光電探測(cè)器接收。投射的大部分光束被偏振分光鏡分為兩束， f2被反射到固定的角隅棱鏡后返回，1f透過偏振光鏡射向可動(dòng)角隅棱鏡并返回。

由于可動(dòng)角隅棱鏡的運(yùn)動(dòng)，使反射回來的光束頻率發(fā)生變化，變?yōu)閒1+Δf，這兩束光在偏振分光鏡處再次會(huì)合，投射到振動(dòng)方向45°放置的檢偏器，按馬呂斯特定律合成新的線偏光，也產(chǎn)生多普勒效應(yīng)頻拍，其頻率f2 ? (f1+Δf)，作為測(cè)量信號(hào)被另一個(gè)光電探測(cè)器接收。以上兩支信號(hào)分別經(jīng)過交流放大器后被送入混頻器，解調(diào)出被測(cè)信號(hào)Δf ，用可逆計(jì)數(shù)器對(duì)±Δf 信號(hào)累計(jì)干涉條紋的變化數(shù)N可以計(jì)算出可動(dòng)角隅棱鏡的位移量為：

由于兩路信號(hào)均采用前置交流放大，避免了直流放大器遇到的直流電平漂移等棘

手問題，即使光強(qiáng)衰減90%，仍可以得到合適的電信號(hào)。

審核編輯：劉清