激光干涉仪技术及发展
摘 要：因为激光在应用的过程中可以展现出非常强的时间相关性和距离相关性，因此激光在应用的范围上越来越广，应用的效果也越来越好，在这一过程中也出现了激光光源干涉仪，这种激光干涉仪也受到了很多人的关注，而在技术不断发展的今天，也出现了很多不同形式的激光干涉仪。本文主要分析了激光干涉仪技术及发展，以供参考和借鉴。
关键词：激光干涉仪；技术；发展
1、引言
激光技术在当今的社会生产和生活中得到了十分广泛的应用，同时其在很多方面都发挥着十分重要的作用，在这样的情况下，激光干涉仪在这一过程中也得到了发展和完善，激光干涉仪技术在科技的推动下也在不断的改进和完善，而其自身的功能也得到了显著的提升，所以其作用也凸显了出来。
2、几种常见的激光干涉仪技术
2.1单频激光干涉仪
单频激光干涉仪是出现最早且在早期使用最普遍的干涉仪，但是因为其在运行的过程中会受到直流漂移的影响，所以其一般会应用在实验室当中，而其在很长一段时间之内都没有推广到现场工作当中。而单频激光干涉仪在应用的过程中，其测量的速度是没有受到原理限制的，其主要受到了放大器带宽以及电子元件运行状况的影响。使用单频激光干涉仪时所采用的稳频方法主要有Lamb凹陷法以及纵模稳频法，前者主要是按照因为增益介质增益出现的饱和现象从而使得频率中心的位置出现了凹陷的现象，这样就可以用电陶瓷对腔长进行有效的控制，而这种方式通常会使用在环境和条件相对比较好的系统当中，而后者主要是利用激光输出来对两个纵膜的强度进行控制。实际上在两个模式之间也存在着比较明显的竞争，所以两个输出纵模会处在相互垂直的偏振状态，这样也就能够对另一侧的偏振现象予以控制和约束，这样一来也就实现了单频激光，这种方法也是目前为止应用最广泛也最普遍的方法。
2.2基于曼塞效应的双频激光干涉仪
双频激光干涉仪实际上是外差式激光干涉仪当中十分重要的一种，全内腔激光器一般会设置在磁场当中，Ne原子能量级会产生塞曼裂变现象，，如果磁场呈现出轴向放置的状态时，激光器的输出是存在着一定光频差异的限偏振光，且其相互之间还保持着垂直的关系，这样一来也就使得系统的运行状态得到了保障。因为双频激光干涉仪在运行的过程中可以体现出非常强的抗干扰能力，所以在其运行的过程中不会产生直流漂移的问题。
2.3双纵模激光干涉仪
双纵模激光干涉仪在运行的过程中采取的是等强度稳频的方法，因为在其运行的过程中产生了非常明显的频差，所以在理论上是能够达到相应的测量速度的，但是在其应用的过程中也给信号处理带来了一定的障碍。在该干涉仪应用的过程中，必须要充分的考虑到大频差所导致的梁曙光波长之间的差异，必须要对其进行计算。而在计算的过程中很难制定一个相对较为合理的计算标准，因此这种激光干涉仪也是很难使用在角度测量领域当中的，直线度测量也是使用差动原理进行测量工作的。
2.4基于声光频移的双拼激光干涉仪
在检验检测的过程中如果可以使用激光干涉仪，会使得整个过程更加的简便，同时光学系统运行的复杂性也大大降低。2束光的频差主要会受到电路中晶体振荡器的影响，所以我们在电路之中就可以得到其相应的数值。此外其在运行的过程中还不会占大量的空间。
3、激光干涉仪的细分技术
激光干涉仪的细分可以归纳为光学细分和电子细分两种方式。
3.1激光干涉仪的光学细分方法
所谓激光干涉仪的光学细分方法是指利用动臂光路的多次反射而实现的细分方法，细分数是光束在动臂中往返次数的2倍。如在Machelson干涉仪中，光束在动臂中往返1次，实现了光学2细分，分辩率为λ/2。
3.2激光干涉仪的电子细分方法
光学细分是以牺牲干涉仪的测量速度为代价的，光学细分数即干涉仪测量速度降低的倍数，在HP系统中使用HP10716A高分辩率干涉仪的测量速度由700ram/see（HP5529A）降到175mm/sec，此外光学细分的结构也过于复杂，难以实现高倍细分，因此电子细分是激光干涉仪的主要细分方法。在单频激光干涉仪中，光电接收器接收的2个相位差90。是电子细分和辨向的基础，将这二个信号整形、反向后，用取沿口的办法可直接得到4细分的信号（2/8）。对于高倍细分，一般采用微机细分的方法，将正弦和余弦信号经A/D转换为数字量，利用正弦信号的符号、余弦信号的符号和正弦信号与余弦信号的相对大小这样三个判断条件，将一个干涉信号的周期分为8个45。的区间，软件首先判断即时干涉信号所属的区间，然后将正弦和余弦信号相除，得到正切或余切值，以此值查表（反正切表或反余切表），得到此时的干涉信号相位值，达到细分目的。若按11.25。间隔制表，可达到32细分，在标准的Maehelson干涉仪中，分辩率达到10nm。
基于声光频移的双频激光干涉仪的细分方法在其运行的过程中，方波的上升沿连续采样三角波，并经A/D转换为数字量，一套附加电路判断三角波的上升或下降沿，并以此校正采样值，相邻二次采样值之差即为由于动镜移动造成的相位差，当相位差累计到360°时对应一个完整的干涉信号，即标准的Maehelson干涉仪中，动镜移动2/2。整个过程实际是一个对多普勒频移的积分过程。这种方法的细分数为2一1，n为A/D转换器的位数。在使用8位A/D转换器时，系统的分辩率可达1.2nm。
在基于塞曼效应的双频激光干涉仪中，频差是不稳定的，难以实现对参考信号的积分处理，通常采用锁相倍频的细分方法，不管输入频率厂如何变化，输出频率总是保持输入频率的Ⅳ倍即Ⅳ厂，当输出频率偏离此关系时，输出频率经Ⅳ分频，反馈到鉴相器，与输入频率比较后的相位差经滤波器到压控振荡器输入端，控制压控振荡器的输出频率，从而保证其输出与输入的比例关系。测量信号和参考信号经锁相倍频后的频率为其对应的两列脉冲，为便于后续电路的处理，用一高频信号将2列脉冲同步，使脉冲处于完全重合或者完全错开的状态，然后经过一个高速异或门逻辑电路实现此两列脉冲的相减，得到表征动镜位移的当量脉冲。这种细分处理方法完全是由硬件完成的，输出的当量脉冲与实际位移之间只有硬件延迟，所以可以在闭环位置控制系统中作为测量元件，实现实时控制。
激光干涉仪的细分方法还有很多，例如在单频激光干涉仪中，可以用电阻链细分方法；在基于声光频移的双频激光干涉仪中，可以将信号与频差信号，测量信号与移相90°的频差信号分别混频，得到相位差为90°的两路信号，然后按单频激光干涉仪的细分方法处理。
4、结语
机床精度检测是激光干涉仪的重要用途，近年来，用以测量机床精度的附件和相应软件不断完善，如实现数控机床位置误差自动补偿的软件，数控转台位置误差自动补偿的软件，测量双轴驱动机床的2轴同步位置误差的附件等，这些功能都是传统的手段难以实现的，一些激光干涉议还使用了光纤传导，使干涉议部分体积大大减小，能够更方便地安装，提高检测效率。■
参考文献
[1]苏永江.一种激光测量干涉仪的研究[J].中国校外教育（理论）.2008（02）
[2]KoadMücke.用激光干涉仪实现高精度定位[J].世界制造技术与装备市场.2007（03）
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