雙頻激光干涉測量的原理是什么？

本文介紹了雙頻激光干涉用來測量的原理。

雙頻激光干涉儀是在單頻激光干涉儀的基礎上發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作為標準對被測長度進行度量的儀器。雙頻激光干涉儀可以在恒溫，恒濕，防震的計量室內檢定量塊，量桿，刻尺和坐標測量機等。它既可以對幾十米的大量程進行精密測量，也可以對手表零件等微小運動進行精密測量，既可以對幾何量如長度、角度、直線度、平行度、平面度、垂直度等進行測量，也可以用于特殊場合，諸如半導體光刻技術的微定位和計算機存儲器上記錄槽間距的測量等等。

設測試光路和參考光路的激光頻率分別為ω 和ω + Δω ，則干涉場的瞬時光強為：

由于光電探測器的頻率響應范圍遠遠低于激光頻率ω ，它不能跟蹤激光頻率變化，所以上式中含有2ω的交變項對探測器的輸出響應無貢獻。故探測器的輸出為：

上式表明，干涉場中某點光強以低頻Δω 隨時間余弦變化。

利用雙頻干涉測試技術可進行長度、速度、角度、平面度、直線度、垂直度和振動的測量。

下圖為雙頻激光干涉測量原理示意圖。激光器發出兩個旋轉方向相反的圓偏光f1和f2，其頻差為Δf ，經過 1/4波片后變成兩個振動方向相互垂直的線偏光，再經過準直系統后被分束鏡分為兩部分，其中一部分（約4%）被反射到振動方向45° 放置的檢偏器，按馬呂斯特定律合成新的線偏光，產生多普勒效應的拍頻，其頻率為f2?f1，作為參考信號被光電探測器接收。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角隅棱鏡并返回。

由于可動角隅棱鏡的運動，使反射回來的光束頻率發生變化，變為f1+Δf，這兩束光在偏振分光鏡處再次會合，投射到振動方向45°放置的檢偏器，按馬呂斯特定律合成新的線偏光，也產生多普勒效應頻拍，其頻率f2 ? (f1+Δf)，作為測量信號被另一個光電探測器接收。以上兩支信號分別經過交流放大器后被送入混頻器，解調出被測信號Δf ，用可逆計數器對±Δf 信號累計干涉條紋的變化數N可以計算出可動角隅棱鏡的位移量為：

由于兩路信號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，即使光強衰減90%，仍可以得到合適的電信號。

審核編輯：劉清