激光外差干涉測長與測振

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1、 1-6 激 光 外 差 干 涉 測 長 與 測 振 激光外差干涉測試技術(shù) 4 )(cos )()2(cos )(2cos121)(2cos121 ),(cos)cos(),( 22 2x,yt-EE x,ytEE x,ytEtE yxtEtEtyxI tr tr tr tr ),(cos2/2/),( 22 yxtEEEEtyxi trtr )/1/(2),(),( 00 vttyxyx /2v fv 2 fv 2 nVfv 主 要 內(nèi) 容 一 、 雙 頻 激 光 外 差 干 涉二 、 雙 頻 激 光 外 差 干 涉 的 應(yīng) 用三 、 條 紋 小 數(shù) 重 合 法 原 理四 、 紅 外 雙 線

2、 氦 氖 激 光 絕 對(duì) 干 涉 測 長 系 統(tǒng) 一 、 雙 頻 激 光 外 差 干 涉 儀光 源 : 雙 頻 He-Ne激 光 器在 全 內(nèi) 腔 單 頻 HeNe激 光 器 上 加 上 約 300 10-4T的 軸 向 磁 場 由 于 塞 曼 效 應(yīng)和 頻 率 牽 引 效應(yīng) ， 使 該 激 光器 輸 出 一 束 有兩 個(gè) 不 同 頻 率的 左 旋 和 右 旋圓 偏 振 光 ， 它們 的 頻 率 差 V約 為 1 5MHz t ttt tfNL Ltvtvtf 0 000 d22 2d2d2d 所以由于 雙 頻 激 光 器 1發(fā) 出 雙 頻 激 光 束 通 過 1 4波 片 2變 成 兩 束

3、振 動(dòng) 方 向 互 相 垂 直 的 線 偏 振光 (v1垂 直 于 紙 面 ， v2平 行 于 紙 面 ) ，一 小 部 分 被 反射 到 檢 偏 器 5上 ， 檢 偏 器 的透 光 軸 與 紙 面成 45 0 一 部 分 光 束 透 過 分 束鏡 4沿 原 方 向 射 向 偏 振分 束 棱 鏡 8。 偏 振 方 向互 相 正 交 的 線 偏 振 光被 偏 振 分 束 鏡 按 偏 振方 向 分 光 ， v1被 反 射至 參 考 角 錐 棱 鏡 9， v2則 透 過 8到 測 量 角 錐棱 鏡 10 工 作 原 理經(jīng) 光 束 擴(kuò) 束 器 3適 當(dāng) 擴(kuò) 束 準(zhǔn) 直 后 ， 光 束 被 分 束 鏡

4、4分 為 兩 部 分根 據(jù) 馬 呂 斯 定 律 ，兩 個(gè) 互 相 垂 直 的線 偏 振 光 在 45 0方向 上 的 投 影 ， 形成 新 的 同 向 線 偏振 光 并 產(chǎn) 生“ 拍 ” ， 其 拍 頻就 等 于 兩 個(gè) 光 頻之 差 ， 即 vv1v2 1.5MHz 由 光 電 接 收 器 6接 收 后進(jìn) 入 交 流 放 大 器 7， 放大 后 的 信 號(hào) 作 為 參 考信 號(hào) 送 給 計(jì) 算 機(jī) 光 束 返 回 后 重 新 通 過 偏 振 分 束 鏡 10與 v1的 返 回 光 會(huì) 合 ， 經(jīng)反 射 鏡 11及 透 光 軸 與 紙 面 成 450的 檢 偏 器 12后 也 形 成“ 拍 ”

5、 ， 其 拍 頻 信 號(hào) 可 表 示 為若 測 量 鏡 以 速 度 V運(yùn) 動(dòng) (移 動(dòng) 或 振 動(dòng) )， 則 由 于 多 普 勒效 應(yīng) ， 從 測 量 鏡 返 回 光 束 的 光 頻 發(fā) 生 變 化 ， 其 頻 移 正 負(fù) 號(hào) 由 動(dòng) 鏡 移 動(dòng) 方 向 決 定 ， 當(dāng) 動(dòng) 鏡向 偏 振 分 束 器 方 向 移 動(dòng) 時(shí) ， v為 負(fù) 拍 頻 信 號(hào) 被 光 電 13接 收 后 ， 進(jìn) 入 交 流 前 置 放 大 器 14， 最 后也 被 送 入 計(jì) 算 機(jī) 計(jì) 算 機(jī) 工 作（ 1） 計(jì) 算 機(jī) 先 將 拍 頻 信 號(hào) v0 v 與 參 考 信 號(hào) v0進(jìn) 行 相減 處 理 后 ， 就 得 到

6、 所 需 的 測 量 信 息 v 設(shè) 在 動(dòng) 鏡 10移 動(dòng) 的 時(shí) 間 t內(nèi) 。 由 v引 起 的 條 紋 亮 暗變 化 次 數(shù) 為 N， 則 有于 是（ 2） 由 v換 算 成 L的 工 作 由 計(jì) 算 機(jī) 通 過 軟 件 自 動(dòng) 進(jìn) 行 ， 最后 由 顯 示 器 顯 示 被 測 長 度 值 。 優(yōu) 點(diǎn) ： 前 置 放 大 器 可 采 用 交 流 放 大 器 ， 避 免 了 用 直流 放 大 器 時(shí) 所 遇 到 的 棘 手 的 直 流 漂 移 問 題 交 流 干 涉 儀 抗 干 擾 性 能 好 測 量 范 圍 大 (可 測 大 于 60m的 距 離 ) 應(yīng) 用 ： 測 長 外 ， 還 可

7、用 于 測 角 、 測 直 線 度 及 測 振 等 穩(wěn) 頻 措 施 ： 塞 曼 穩(wěn) 頻 法 二 、 雙 頻 激 光 外 差 干 涉 的 應(yīng) 用應(yīng) 用 ： 車 間 現(xiàn) 場 進(jìn) 行 精 密 計(jì) 量 、 精 密 測 角 為 便 于 測 量 ， 往 往 將 干 涉 儀 的 干 涉 系 統(tǒng) 作 為 一 個(gè) 部 件 裝 在被 測 的 機(jī) 床 上 ， 而 把 激 光 器 、 照 明 系 統(tǒng) 與 接 收 系 統(tǒng) 組 合 成一 體 ， 裝 在 一 個(gè) 箱 體 內(nèi) ， 且 與 干 涉 系 統(tǒng) 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 地 分 開 ， 這 種結(jié) 構(gòu) 稱 為 遙 置 式 結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 點(diǎn) ： 減 少 熱 氣 流 的 影 響 有 利 于

8、消 除 閑 區(qū) 誤 差 便 于 更 換 干 涉 儀 的 組 件 ， 以 擴(kuò) 大 應(yīng) 用 范 圍 ， 使 雙 頻 干涉 儀 成 為 多 功 能 干 涉 儀 雙 頻 激 光 器 1發(fā) 出 的 雙 頻 激 光 束 被 雙 膜 塊 組 下 部 的 偏 振 分 束 鏡 按 偏 振 方 向 分 開 其 中 v1光 透 過偏 振 分 束 鏡 射向 角 錐 棱 鏡 I v2光 被 反 射 向 上 ， 經(jīng) 以膜 雙 塊 上 部 的 普 通 反 射鏡 反 射 到 角 錐 棱 鏡 II 工 作 原 理 分 別 由 這 兩 個(gè) 角 錐 棱 鏡 返 回 的 光 束 在 偏振 分 光 鏡 處 重 新 會(huì) 合 ， 然 后

9、經(jīng) 反 射 鏡 反射 到 檢 偏 振 器 及 光 電 接 收 器 (一 )雙 頻 激 光 干 涉 儀 用 于 精 密 測 角 干 涉 系 統(tǒng) 中 用 一 雙 膜 塊 組 取 代 測 長 時(shí) 所 用 的 偏 振 分 束 器 ，另 外 用 一 雙 角 錐 棱 鏡 組 分 別 作 為 干 涉 儀 的 測 量 鏡 和 參 考 鏡 雙 角 錐 棱 鏡 組 安 故 在 被 測 物 體 上 ， 當(dāng) 它 在 導(dǎo) 軌 上 平 移 且 沒 有 擺動(dòng) 時(shí) ， 兩 支 光 路 的 多 普 勒 頻 移 v1= v2， 會(huì) 合 后 經(jīng) 檢 偏 振 器 產(chǎn)生 拍 頻 ， 并 在 拍 頻 中 互 相 抵 消 ， 計(jì) 算 機(jī)

10、無 多 普 勒 頻 移 值 出 現(xiàn) 。如 果 雙 角 錐 棱 鏡 組 在 移 動(dòng) 過 程 中 ， 由 于 導(dǎo) 軌 的 直 線 度 偏 差 而 發(fā)生角 的 傾 斜 ， 則 兩 棱 鏡 的 角 點(diǎn) 在 光 軸 方 向 將 產(chǎn) 生 一 個(gè) 相 對(duì) 位移 量 。 此 時(shí) 兩 路 的 多 普 勒 頻 移 v1和 v2不 相 等 ， 即 有 v= v1- v精 度 ：應(yīng) 用 ： 精 確 測 量 導(dǎo) 軌 的 直 線 度 和 平 板 的 平 面 度 等 測 導(dǎo) 軌 的 直 線 度 時(shí) ， 雙 膜 塊 組 被 固 定 在 適 當(dāng) 位 置 ， 而 雙 角 錐 棱 鏡 組 固 定 在 工 作 臺(tái) 上 ， 移 動(dòng) 工

11、 作 臺(tái) 即 可 測 出 以 角 量 表 示 的 直 線 度 測 角 最 小 顯 示 值 (分 辨 率 )可 達(dá) 0 1。 其 測 角 精度 在 100”范 圍 內(nèi) 可 達(dá) 0.5， 量 程 可 達(dá) 土 1000” (二 )雙 頻 激 光 干 涉 儀 測 量 直 線 度 (以 線 量 表 示 )雙 頻 激 光 器 發(fā) 出 雙 頻 激 光 束 通 過 半 反 射 鏡 至 渥 拉 斯 頓 偏 振 分 束 器 上 ， 正 交線 偏 振 光 v1和 v2被 分 開 theta的 兩 束 線 偏 振 光 分 別 射 向 雙 面 反 射 鏡 的兩 翼 并 由 原 路 返 回 工 作 原 理 返 回 光 在

12、 渥 拉 斯 頓 鏡 處 重 新 會(huì) 和 后 ， 經(jīng)半 反 射 鏡 、 全 反 射 鏡 反 射 到 檢 偏 器 。 兩 光 束 在 檢 偏 器 后 形 成 拍 頻 并被 光 電 接 收 器 接 收 （ 1） 若 雙 面 反 射 鏡 沿 z軸 平 移 到 A點(diǎn) ， 由 于 v1和 v2所 走 的 光 程 相等 ， 所 以 v1= v2， 拍 頻 互 相 抵 消 ， 計(jì) 算 機(jī) 顯 示 器 無 多 普 勒 頻移 顯 示 。 計(jì) 算 機(jī) 工 作（ 2） 在 移 動(dòng) 過 程 中 由 于 導(dǎo) 軌 的 直 線 度 偏 差 而 使 雙 面 反 射 鏡 沿 y方 向 下 落 到 B點(diǎn) 。 v1光 的 光 程

13、較 原 來 的 減 少 了 2AC； 與 此 相 反 ， v2光 的 光 程卻 增 加 了 2BD。 兩 者 總 差 值 等 于 2（ AC+BD） ， 根 據(jù) 這 一數(shù) 值 ， 即 可 以 算 出 下 落 量 以 線 量 表 示的 導(dǎo) 軌 直 線性 偏 差 測 直 線 度 的 精 度 可 達(dá) 土 1 5m， 其 分 辨 率 為 lm， 最 大 檢 測 距 離 可 達(dá) 3m， 最 大 下 落 量 可 測 到 1 5mm 精 度 (三 )雙 頻 激 光 干 涉 用 于 同 軸 度 的 精 密 測 量 雙 頻 激 光 直 線 度 測 量 儀 ， 在 長 距 離 上 測 量 直線 度 ， 具 有 很

14、 高 的 精 度 和 可 靠 性 ， 但 是 這 種儀 器 能 否 用 于 長 距 離 同 軸 度 的 精 密 測 量 呢 ？ 提 出 問 題同 軸 度 測 量 儀 器 應(yīng) 具 有 以 下 的 特 點(diǎn) 解 決 問 題(1)能 夠 進(jìn) 行 間 斷 測 量 (2)測 量 系 統(tǒng) 對(duì) 激 光 束 的 平 漂 和 角 漂 具 有 自 適 應(yīng) 能 力 ，光 束 漂 移 應(yīng) 不 影 響 測 量 結(jié) 果 。 (3)光 學(xué) 系 統(tǒng) 對(duì) 大 氣 擾 動(dòng) 應(yīng) 具 有 較 強(qiáng) 的 抵 抗 力 。 (4)由 于 同 軸 度 測 量 時(shí) ， 定 心 靶 必 須 從 一 個(gè) 孔 移 到 另 一個(gè) 孔 ， 還 要 進(jìn) 行

15、找 正 ， 測 量 所 用 時(shí) 間 較 長 ， 因 而 要 求儀 器 具 有 較 好 的 長 時(shí) 間 穩(wěn) 定 性 。 現(xiàn) 有 的 雙 頻 激 光 直 線 度 干 涉 儀 是 無 法 滿 足 上 述 要 求 的 原 因 （ 1） 雙 頻 激 光 直 線 度 干 涉 儀 在 信 號(hào) 處 理 上 采 用 鎖 相 倍頻 計(jì) 數(shù) 技 術(shù) ， 不 允 許 信 號(hào) 中 斷 ， 否 則 計(jì) 數(shù) 立 即 無 效 。 （ 2） 即 使 對(duì) 信 號(hào) 處 理 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 改 進(jìn) ， 也 有 近 程 死 區(qū) 和測 量 范 圍 的 矛 盾 ， 實(shí) 現(xiàn) 相 位 測 量 的 一 個(gè) 必 要 條 件 是 ： 在測 量

16、范 圍 內(nèi) 相 位 的 變 化 范 圍 必 須 在 之 間 希 望 把 現(xiàn) 有 的 激 光 直 線 度 測 量 儀 通 過 參 數(shù) 優(yōu) 化 改 造 來 實(shí) 現(xiàn) 同 軸度 是 不 可 能 的 結(jié) 論 此 外 ， 在 HP5528中 ， 采 用 了 等 光 強(qiáng) 穩(wěn) 頻 方 案 (塞 曼 穩(wěn) 頻 )， 雖 然光 頻 比 較 穩(wěn) 定 ， 但 頻 差 變 化 比 較 大 ， 頻 差 值 也 比 較 高 ， 不 利 于相 位 測 量 。 從 以 上 幾 點(diǎn) 看 、 要 用 雙 頻 激 光 干 涉 法 測 量 同 軸 度 ， 需 重 新 考 慮雙 頻 激 光 干 涉 儀 的 總 體 方 案 。 清 華 大

17、學(xué) 精 儀 系 經(jīng) 過 多 年 的 研 究 ，提 出 了 一 種 雙 頻 激 光 測 量 同 軸 度 的 新 方 案 ， 并 研 制 了 實(shí) 用 型 的 SJD3T雙 頻 激 光 同 軸 度 干 涉 儀 。 1 雙 頻 激 光 同 軸 度 干 涉 儀 雙 頻 激 光 頭 出 射 的 正 交 線 偏 振 光 通 過 第 一 個(gè) 渥 拉斯 頓 棱 鏡 W1后 ， 彼 此 分 開 一 個(gè) 小 角 度 再 通 過 第 二 個(gè) 涅 拉 斯 頓 棱 鏡 W2變 成 兩 束 平 行 光 束 經(jīng) 雙 面 直 角 棱 鏡 反 射 工 作 原 理 依 次 通 過 W2、 W1后 又 會(huì) 合 成 一 束 光 ， 經(jīng)

18、 檢 偏振 器 P后 被 探 測 器 D2接 收 ， 形 成 測 量 信 號(hào) 兩 光 束 在 檢 偏 器 后 形 成 拍 頻 并被 光 電 接 收 器 接 收 SJD3T方 案 與 HP5528主 要 區(qū) 別 (1)SJD3T方 案 中 用 了 兩 個(gè) 渥 拉 斯 頓 棱 鏡 ， 而 HP5528方 案 只 用 一 個(gè) (2)SJD3T中 反 射 鏡 用 的 是 雙 面 直 角 棱 鏡 ， 而 HP5528用 的 是 兩 個(gè)具 有 一 定 夾 角 的 平 面 反 射 鏡 這 兩 點(diǎn) 區(qū) 別 ， 使 得 SJD3T能 夠 既 保 持 雙 頻 干 涉 儀 所 特 有的 高 精 度 和 穩(wěn) 定 性

19、， 又 解 決 了 同 軸 度 測 量 的 難 題 參 考 信 號(hào) 由 探 測 器 D1接 收 。 當(dāng) W1(或 )W2沿 被 測 表 面 移 動(dòng) 而 產(chǎn)生 上 下 橫 移 時(shí) ， 可 使 測 量 信 號(hào) 相 對(duì) 參 考 信 號(hào) 相 位 發(fā) 生 變 化 ，那 么 通 過 測 量 兩 者 的 位 相 差 ， 可 得 W1(或 W2)的 橫 向 移 動(dòng) 量 。 結(jié) 論 (1)SJD3T采 用 了 兩 個(gè) 握 拉 斯 頓 棱 鏡 和 一 個(gè) 直 角 反 射 鏡 ， 測 量時(shí) 對(duì) 兩 束 光 的 分 離 量 無 特 別 要 求 ， 因 而 對(duì) 長 距 離 直 線 度 測 量只 需 一 套 附 件 ，

20、無 近 程 死 區(qū) 。 而 現(xiàn) 有 的 雙 頻 激 光 干 涉 儀 對(duì)0 33m， 330m直 線 度 測 量 各 需 一 套 測 量 附 件 ， 遠(yuǎn) 距 離 測量 附 件 有 近 程 死 區(qū) 。 (2)SJD3T在 測 量 中 光 程 差 變 化 對(duì) 應(yīng) 的 信 號(hào) 位 相 變 化 在 一 個(gè) 周 期內(nèi) (即 土 內(nèi) )， 使 位 相 測 量 值 與 渥 拉 斯 頓 棱 鏡 的 橫 移 量 單 值 對(duì)應(yīng) ， 由 于 位 相 測 量 是 狀 態(tài) 測 量 ， 程 拉 斯 頓 棱 鏡 移 出 光 路 后 再 放回 光 路 中 ， 測 量 還 能 繼 續(xù) 進(jìn) 行 ， 因 而 可 用 于 同 軸 度

21、測 量 (3)在 SJD3T中 ， 干 涉 的 兩 束 光 在 30m內(nèi) 中 心 距 只 有 2 6mm (HP5528)可 達(dá) 十 幾 個(gè) 厘 米 )， 因 此 對(duì) 外 干 擾 能 很 好 共 模 抑 制 ，具 有 很 高 的 抗 干 擾 能 力 2 SJD3T對(duì) 激 光 頻 差 穩(wěn) 定 性 的 要 求 激 光 波 長 的 穩(wěn) 定 性 頻 差 穩(wěn) 頻 方 法 ： 基 于 8098單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 的 智 能 穩(wěn) 頻 方 法 激 光 器 置 于磁 鐵 架 中 用 于 固 定 永 磁 鐵 ， 以形 成 縱 向 磁 場 給 雙 頻 激 光 器 形 成 一 個(gè) 密 封 腔 ， 以 減少 外 界 熱

22、 擾 動(dòng) 對(duì) 激 光 器 溫 度 的 影 響 激 光 器 尾 光 通 過 檢偏 器 由 光 電 探 測 器測 得 拍 頻 信 號(hào) f 經(jīng) 放 大 整 形 后 由8098單 片 機(jī) 計(jì) 數(shù) 器測 量 該 頻 率 的 大 小 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 部 程 序 根 據(jù) 測 得 的 頻 率 大 小 ， 依 一 定 的 算 法 ， 利用 8098芯 片 內(nèi) 部 的 D A功 能 ， 輸 出 伺 服 電 壓 ， 該 伺 服 電 壓 經(jīng) 功 率驅(qū) 動(dòng) 后 ， 通 過 繞 在 激 光 器 外 殼 上 的 電 阻 絲 對(duì) 激 光 管 加 熱 ， 形 成 閉 環(huán) 控 制 ， 這 樣 就 可 通 過 控 制

23、加 熱 量 的 大 小 獲 得 穩(wěn) 定 的 頻 差 要 求 作 用 f f f f f f fD D 0 0s s( ) （ 五 ） 激 光 外 差 測 振 儀 2.雙 光 束 雙 頻 激 光 器 （ 四 ） 雙 頻 激 光 束 頻 差 的 確 定 1.聲 光 調(diào) 制 器 DISA系 統(tǒng) 與 NASA系 統(tǒng) 的 不 同 之 處 它 應(yīng) 用 偏 振 分 光 鏡 作 發(fā) 射 和 接 收 的 光 束 耦 合 器 ， 該 光 學(xué) 系 統(tǒng) 中分 束 器 2為 偏 振 分 光 器 ， 它 防 止 了 返 回 的 測 量 光 回 授 到 激 光 器 的可 能 性 。 該 儀 器 用 兩 只 光 電 接 收

24、器 D1和 D2來 分 別 接 收 拍 頻 信 號(hào) ， 并 在D1和 D2前 分 別 安 置 檢 偏 振 片 P1和 P2， 又 使 兩 者 的 光 軸 互 相 垂 直 其 目 的 是 使 其 起 電 子 共 模 抑 制 的 作 用 ， 以 便 進(jìn) 一步 抑 制 噪 聲 ， 提 高 拍 頻 信 號(hào) 的 信 噪 比 DISA外差激光測振儀 （ 六 ） 激 光 外 差 表 面 微 觀 輪 廓 儀 測 量 表 面 微 觀 的 高 低 不 平 ， 可 以 確 定微 觀 輪 廓 及 表 面 粗 糙 度 應(yīng) 用 ： 儀 器 要 有 極 高 的 縱 向 分 辨 率 及 橫 向 分 辨 率 要 求 ：這 種

25、高 低 不 平 往 往 只 有 幾 埃 的 數(shù) 量 級(jí) ， 有 的 甚 至 只 有 不 到 1埃 HeNe激 光 器 發(fā) 出 的 光 束被 分 束 器 分 成 兩 路 一 路 經(jīng) 聲 光 調(diào) 制 器 M1、 偏 振器 P1 （ P1光 軸 平 行 于 紙 面 ） 另 一 路 經(jīng) 光 調(diào) 制 器 M2、 偏 振器 P2（ P2光 軸 垂 直 于 紙 面 ） 一 部 分 經(jīng) 檢 偏 器 P3 該 拍 頻 信 號(hào) 被 光 電 接收 器 D1接 收 轉(zhuǎn) 換 后 作為 參 考 拍 頻 信 號(hào) 另 一 部 分 偏 振 光 進(jìn) 入 右 邊的 測 量 干 涉 系 統(tǒng) ， 偏 振 分束 器 PBS使 平 行 于

26、 紙 面 的偏 振 光 (v1)透 過 ， 垂 直 于 紙 面 的 偏 振 光 (v2)反 射 。 又 被 分 束 器 BS2分 成 兩 路 工 作 原 理 這 兩 支 光 束 在 檢 偏 振 器 P4后 產(chǎn) 生 拍 頻 信 號(hào) v1-v2 v=v0 v， v與 被 測 表 面 的 微 觀 高 低 起 伏 有 關(guān) v1光 經(jīng) 反 射 鏡 M3， l 4波 片 、 Ll和 L2透 鏡 后 成 平 行 細(xì) 光 束 射 到 被 測 表 面 上 ，經(jīng) 表 面 反 射 后 沿 原 路 返 回 復(fù) 經(jīng) 1 4波 片 。由 于 兩 次 通 過 l 4波 片 (其 光 軸 與 v1光成 45度 角 )， 故

27、其 偏 振 方 向 改 變 900， 最后 被 PBS反 射 并 經(jīng) 檢 偏 器 P4而 被 光 電 接收 器 D2接 收 v2光 經(jīng) 1 4波 片 、 反 射 鏡 M4、BS3及 物 鏡 L2后 會(huì) 聚 到 被 測 表 面 ，形 成 光 學(xué) 探 針 。 由 被 測 表 面 反 射后 ， 也 沿 原 路 返 回 ， 復(fù) 經(jīng) l 4波 片 ，偏 振 方 向 改 變 900， 最 后 透 過 PBS及 檢 偏 振 器 P4也 被 光 電 接 收 器 接收 。 該 拍 頻 信 號(hào) 由 光 電 接 收 器 接 收 ， 經(jīng) 交 流 前 置 放 大 器 進(jìn) 入 混 頻 器與 由 從 來 的 參 考 拍 頻

28、 信 號(hào) 混 頻 ， 從 而 可 解 調(diào) 出 被 測 信 號(hào) v 計(jì) 算 機(jī) 將 根 據(jù) 接 收 到 的 v的 變 化 ， 求 出 表 面 各 點(diǎn) 的 微 觀 高 差 ， 并由 此 可 換 算 出 表 征 表 面 粗 糙 度 的 各 個(gè) 參 數(shù) 及 表 面 的 微 觀 三 維 輪 廓 (七 )具 有 光 程 鎖 定 的 激 光 外 差 測 振 儀 應(yīng) 用 ： 測 量 分 辨 率 為 人 量 級(jí) 的 微 振 動(dòng) 振 幅 或 微 位 移 優(yōu) 點(diǎn) ： 能 克 服 光 強(qiáng) 波 動(dòng) 引 起 的 直 流 漂 移 和 減 少 激 光 功 率噪 聲 ， 使 在 現(xiàn) 場 環(huán) 境 中 也 能 進(jìn) 行 穩(wěn) 定 的

29、干 涉 測 量 ，且 具 有 很 高 的 測 量 分 辨 率 (靈 敏 度 ) 缺 點(diǎn) ： 不 能 消 除 環(huán) 境 的 干 擾 (外 界 振 動(dòng) 及 氣 流等 )引 起 的 附 加 程 差 程 鎖 定 的 目 的窄 帶 檢 測2.伺 服 鎖 定 干 涉 系 統(tǒng) 就 是 為 了 消 除 這 種 附 加 差 以 保 證 微 振 動(dòng)或 微 位 移 的 測 量 精 度 (八 )絕 對(duì) 長 度 (距 離 )干 涉 計(jì) 量 (無 導(dǎo) 軌 測 長 )由 于 該 技 術(shù) 只 測 量 干 涉 條 紋 的 尾 數(shù) ， 測 量 鏡 無 須 移 動(dòng) ， 因此 免 除 了 干 涉 測 長 儀 中 加 工 困 難 而 又

30、 價(jià) 格 昂 貴 的 精 密 導(dǎo) 軌 ，特 別 是 大 長 度 (距 離 )的 干 涉 測 長 ， 精 密 導(dǎo) 軌 的 制 造 及 設(shè) 置更 為 困 難 。 因 此 ， 這 種 無 導(dǎo) 軌 干 涉 測 長 是 大 長 度 測 量 的 發(fā)展 方 向 基 本 原 理 ： 條 紋 小 數(shù) 重 合 法60年 代 后 期 興 起 的 ， 是 一 種 以 多 波 長 激 光 為 基 礎(chǔ) 的 大 長 度計(jì) 量 技 術(shù) 三 、 條 紋 小 數(shù) 重 合 法 原 理 四 、 紅 外 雙 線 氦 氖 激 光 絕 對(duì) 干 涉 測 長 系 統(tǒng)(一 ) 3.39m波 段 雙 線 He-Ne激 光 合 成 波 長 方 案(

31、二 )雙 波 長 紅 外 鎖 定 干 涉 儀 組 成 雙 波 長 拍 波 干 涉 及 鎖 定 兩 部 分目 的 精 確 地 測 出 不 同 波 長 的 條 紋 小 數(shù) ，以 便 根 據(jù) 小 數(shù) 重 合 法 進(jìn) 行 絕 對(duì) 長 度的 自 動(dòng) 測 量 1 紅 外 拍 波 干 涉 原 理 多 波 長 小 數(shù) 重 合 法 絕 對(duì) 測 量 長 度 時(shí) ， 通 常 采 用 下 面兩 種 干 涉 和 探 測 方 式 (1)順 序 更 換 單 波 長 干 涉 探 測 方 式 。 （ 2） 多 波 長 同 時(shí) 干 涉 2. 紅 外 拍 波 干 涉 儀 He一 Ne激 光 器 同 時(shí) 輸 出 波 長 1 3 3922m和2 3 3912m的 雙 波 長 紅 外 激 光 ， 經(jīng) 分 束 鏡2分 出 約 15 的 光 用 于 穩(wěn) 頻 透 射 光 經(jīng) 分 束 鏡 7分 成 兩 部 分 另 一 部 分 射 向 參 考 鏡 9 經(jīng) 8和 9反 射 回 的 光 在 7上重 新 會(huì) 合 形 成 干 涉 ， 干涉 信 號(hào) 由 兩 個(gè) InAs紅 外接 收 器 接 收 一 部 分 射 向 測 量 鏡 8 3.雙 波 長 紅 外 鎖 定 干 涉 儀