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基于“双频激光外差干涉仪技术”的分析与研究
摘要:文章概述了国内外双频激光外差干涉仪产品的现状,介绍了近年来双频激光外差干涉仪向高分辨率、高精度、高测速等几个方向的发展趋势。
关键词:双频激光干涉仪;外差干涉;高分辨率;高精度;高测速
Abstract: The present state of the dual-frequency laser interferometer in the world is introduced in brief. The trends of development to high resolution, high accuracy, high measurement speed etc. are given.
Key words: dual-frequency laser interferometer; heterodyne interferometer; high resolution; high accaracy; high mea-
surment speed
引言
双频激光干涉仪是激光在计量领域中最成功的应用之一,是工业中最具权威的长度测量仪器。它可用于精密机床、大规模集成电路加工设备等的在线在位测量、误差修正和控制。双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理[1],克服了普通单频干涉仪测量信号直流漂移的问题,具有信号噪声小、抗环境干扰、允许光源多通道复用等诸多优点,使得干涉测长技术能真正用于实际生产。
双频激光干涉仪是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪。被测信号载波在一个固定频差上,整个系统成为交流系统,大大提高了抗干扰能力,特别适合现场条件下使用。、角度、速度、直线度、平行度、平面度、垂直度等,寮有“小型计量室”之称。
双频激光外差干涉仪的原理及精度
图1 双频激光外差工作原理图
图1为双频激光干涉仪原理图。单模激光器1置于纵向磁场2中,由于塞曼效应使输出激光分裂为具有一定频差(约1-2MHz ),旋转方向相反的左、右圆偏振光,双频激光干涉仪就是以这两个具有不同频率(f1,f2)的圆偏振光作为光源。
左、右圆偏振光通过λ/4波片3后成为相互垂直的线偏振光(f1垂直于纸面,f2平行于纸面),析光镜4将一小部分光反射,经过主截面45o放置的检偏器6,在C处由光电探测器接收,接收信号经前置放大整形电路8处理后,作为后续电路处理的基准信号。
通过析光镜4的光经扩束器5扩束后射向偏振分光镜9,偏振分光镜按照偏振光方向将f1和f2分离,偏振方向平行于纸面的f2光透过偏振分光镜到测量反射镜11。当测量反射镜移动时,产生多普勒效应,返回光频率变为f2±Δf,∆f为多普勒频移量,它包含了测量反射镜的位移信息。
返回的f1,f2±Δf光在偏振分光镜再度汇合,经反射镜12、主截面45o放置的检偏器13在A处由光电探测器14接收,接收信号经前置放大整形电路15处理后,作为系统的测量信号。
[2]
双频激光·干涉仪原理公式中的滋长又系指测量时刻的波长值。光在空气中传播时,波长受折射率影响,即
n=λ0λ
式中,n为空气折射率,λ0为真空波长,λ0为光在空气中传播的波长。
空气折射率则与气温t、气压p、温度f有关。根据Edlen