双频激光干涉测量原理

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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。和单频激光干涉仪一样，双频激光干涉仪也是一种以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器。双频激光干涉仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等。它既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度、直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。

设测试光路和参考光路的激光频率分别为ω 和ω + Δω ，则干涉场的瞬时光强为：

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由于光电探测器的频率响应范围远远低于激光频率ω ，它不能跟踪激光频率变化，所以上式中含有2ω的交变项对探测器的输出响应无贡献。故探测器的输出为：

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上式表明，干涉场中某点光强以低频Δω 随时间余弦变化。

利用双频干涉测试技术可进行长度、速度、角度、平面度、直线度、垂直度和振动的测量。

下图为双频激光干涉测量原理示意图。激光器发出两个旋转方向相反的圆偏光f1和f2，其频差为Δf ，经过 1/4波片后变成两个振动方向相互垂直的线偏光，再经过准直系统后被分束镜分为两部分，其中一部分（约4%）被反射到振动方向45° 放置的检偏器，按马吕斯特定律合成新的线偏光，产生多普勒效应的拍频，其频率为f2−f1，作为参考信号被光电探测器接收。投射的大部分光束被偏振分光镜分为两束， f2被反射到固定的角隅棱镜后返回，1f透过偏振光镜射向可动角隅棱镜并返回。由于可动角隅棱镜的运动，使反射回来的光束频率发生变化，变为f1+Δf，这两束光在偏振分光镜处再次会合，投射到振动方向45°放置的检偏器，按马吕斯特定律合成新的线偏光，也产生多普勒效应频拍，其频率f2 − (f1+Δf)，作为测量信号被另一个光电探测器接收。以上两支信号分别经过交流放大器后被送入混频器，解调出被测信号Δf ，用可逆计数器对±Δf 信号累计干涉条纹的变化数N可以计算出可动角隅棱镜的位移量为：

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由于两路信号均采用前置交流放大，避免了直流放大器遇到的直流电平漂移等棘手问题，即使光强衰减90%，仍可以得到合适的电信号。

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