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1、一、举例描述外差激光干涉仪的测量方法。光外差干涉是指两只相干光束的光波频率产生一个小的频率差，引起干涉场中干涉条纹 的不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场 的相位差。特点：克服单频干涉仪的漂移问题；细分变得容易；提高了抗干扰性能。原理：在干涉场中，放入两个探测器，一个放在基准点(x0, y0)处，称之为基准探测器，其输 出基准信号i(x0, y0, t)，另一个放在干涉场某探测点(xi, yi)处，称之为扫描探测器，输出信 号为i(xi, yi, t)。将两信号相比，测出信号的过零时间差At，便可知道二者的光学位相差(p(x, y) -(p(x , y
2、 ) = A At = 2 nt /(1/ Av)由控制系统控制扫描探测器对整个干涉场扫描，就可以测出干涉场各点的位相差。设测试光路和参考光路的光波频率分别为3和3 + 3，则干涉场的瞬时光强为MIH LE 211 + cos2( +A)t+ E2 + cos 2. + p(x,y)2I (x, y, t) e cos(+ A)t + E cos Eat + p( x, y)1 2 2 t+ E E cosl(2w +A)t + p(x,y) + E E coslA，t-p(x,y)由于光电探测器的频率响应范围远远低于光频3，它不能跟随光频变化，所以式中含有23的交变项对探测器的输出响应无贡献
3、。i (, y, t) x E2/2 + E2 / 2 + E E cos A t -戒 x, y)干涉场中某点(X, y)处光强以低频 3随时间呈余弦变化(1)激光外差干涉测长双频激光器偏振分光镜f1A f检偏器可动角隅棱镜f2准直系统1/4波片f2fl申f2fl 土Aff2 fl, 前置、放大器数据处理7/f2( f1A f)双频激光器外差干涉测长原理图图 4-33由于所以Jt Afdt=t 学 dt= 2 J00 k kL 土 N 3 = 习，Afdt22 0 t vdt= 2 L0(2)激光外差干涉测量微振动方解石棱镜及1/4波片的作用是使测量光束的光路既作发射光路，又作接收光路。通过
4、 o光和e光在方解石中光路的不同，起到“光学定向耦合”作用，使发射与接收的光无损失 地通过方解石棱镜（不考虑光吸收损失）。W V f -( f0 土 U f f其中频率fs信号由声光调制器的信号源直接输入混频器与拍频信号混频，把多普勒频 移fD解调出来。（3）激光外差干涉在精密定位中的应用该干涉仪系统有以下两个特点：(1) 仪器分辨力由于多普勒频差增加一倍而增加一倍；(2) 平面反射镜相对于光轴的任何偏斜只会使反射回的光束偏移，而不会偏斜。二、分析说明双频激光干涉测长系统的原理及电路结构。原理：双频激光干涉仪的光路如图6所示，其中氦氖激光器上沿轴向施加以磁场，由于塞曼效应激光被分裂成有一定频率
5、差的左旋偏振光f和右旋偏振光f (常用的双频激光干 12涉仪把这一频差设计成1.5MHz)。通过1/4波片后，fi和f2变成相互垂直的线偏振光V 和v2，又被分束镜B分成两束,其中一束反射到主截面与相互垂直的两线偏振光偏振方向成45的检偏器p，产生拍频信号。光电探测器Di对两倍光频的和频信号没有响应，接 收到的只是频率为Av的参考差频信号。另一束光透过分束镜Bi向前传播进入偏振分光棱 镜B2后，偏振方向垂直纸面的V被完全反射，偏振方向在纸面内修2完全透射。再经由参 考臂反射镜吃和测量臂反射镜M2反射回来合束，通过类似检偏器学勺检偏器，产生 的拍频信号被光电探测器D2接收。由于测量反射镜M 2以
6、速度V运动光的多普勒效应使由M 2返回光的频率产生多普勒频移AV/正负号取决于测量反射镜的运动方向)，D2接收到的测量信号频率为AVAV。将测量信号与参考信号进行同步相减便得到多普勒频移AvD，多普勒频移对测量时间积分，也就是说进行累计计数就可以测出测量反射镜的位移量。测量反射镜运动产生的多普勒频移可以表示为AvD2V2V=v =c 人(5)式中c为光速，人为光波长。若测量所用时间为，则测量镜的位移量L可由下式计算(6)L = vdt =函 dt = 00 2 D 2 0式中N为记录下来的累计脉冲数。图6双频激光干涉仪光路图电路结构：激光干涉测长系统包括迈克尔逊干涉仪，激光光源，可移动平台，光
7、电显微镜， 光电计数器和显示记录装置。光光源一般是采用单模的He-Ne气体激光器，输出的是波长为 632.8纳米的红光。可移动平台携带着迈克尔逊干涉仪的一块反射镜和待测物体一起沿入射 光方向平移，由于它的平移，使干涉仪中的干涉条纹移动。光电显微镜的作用是对准待测物 体，分别给出起始信号和终止信号，其瞄准精度对测量系统的总体精度有很大影响。光电计 数器则对干涉条纹的移动进行计数。显示和记录装置是测量结果的输出设备，显示和记录光 电计数器中记下的干涉条纹移动的个数及与之对应的长度，可以用专用计算机或也可以用通 用的PC机替代。固定皮射憧MOJtJS i/4菠厅Ifi振片二野撮电IAA占/ J A金苛矗新镜 c=ft - /： ft H/1 + A f环形磴钢 扩束殍苴器 分光镜 反射镜狷X偏振分光镜匕、光电冲换I，电H换L 3 T 1放大整孵畋大整初环里参歌世偷_ T境翎机 - 戳宇也号三、简单说明外差干涉和准外差干涉的区别。外差干涉能获得干涉场中每点的相位值，需要频移器等特殊设备，它是逐点扫描，不能 用于散斑干涉计量中。准外差干涉引入相位移动，人为改变两干涉波面的相对相位，比较干涉场中同一点在不 同相移量下光强的变化来求解该点的相位。故两者只是相位的改变与探测方法不同。
