在工业制造过程中，需要测量微小位移来确定产品的尺寸误差范围，如此微小的位移精确到um或者nm级别，直接测量是很困难的，但是利用光学的方法则可以有效的测量。位移测量在精确定位、精密加工和测试中非常重要。一般可采用激光干涉仪、线性编码器、测距仪等技术进行测量，本文将介绍激光干涉仪这种方法的原理及应用。
位移测量
1激光干涉仪
激光干涉仪是采用干涉技术进行位移测量的仪器。它具有非接触、高速、高精度测量的优点，广泛应用在光刻、精密机械加工和坐标测量领域中。
(1)单频激光干涉仪与外差激光干涉仪
设入射到光电探测器的两束线偏振光为E1和E2,两者的偏振方向相同，光频分别为f1和f2这两束光可表示为:
式中，V1和V2为振幅；φ1和φ2为初位相。
两束光波进行干涉后的信号强度为：
当为f1=f2时，干涉仪称为单频型干涉仪。位移通过干涉信号的位相变化来测量。干涉信号直流电平的波动影响了位相测量的准确性，原因是由于激光功率的变化。guo家物理实验室开发出的干涉仪，采用3个位相分别为0°,90°、180°的干涉信号的组合来消除直流分量波动的影响。
当为f1≠f2时，能够观察到拍频为lf1-f2I的信号，此干涉仪称为外差型干涉仪。如果反射镜发生移动，则反射镜反射回的光波发生了多普勒频移。当频率为f2的光信号经移动速度为v的反射镜反射时，多普勒频移Δf2为2vf2/c,其中c为光速。则时间T内的波数为2vT(f2/c)=2L/λ2,L是被测位移，λ2为频率为f2的光波波长。
为了进行准确的干涉测量，激光频率的稳定性很重要。所需的两个光频率通常由双模激光器、塞曼激光器、声光调制器(AOM)或双声光调制器来产生。
(2) 干涉仪的光学系统
下图为外差型激光干涉仪测量角反射器位移的光路原理图。具有不同频率f1和f2的两束光波，经偏振器变为线偏振光，且偏振方向相互垂直。为了使经分束器反射光束的参考差频信号频率为1f1-f21, 让此光束经过45°偏振器，在光电探测器上产生差频信号。
另一光束入射于偏振分束器(PBS),经其反射后，光频为f1采用定角反射器使其通过固定路径，然后再次经偏振分束器(PBS)反射。透射光频率为f2,通过由动角反射器形成的可变路径，再次通过偏振分束器 (PBS)。这两束光发生相干作用，经一偏振器后，在另外一个光电探测器上产生差频信号。被测和参考差频信号的位相差表示了动角反射器的移动位移。
角反射器是有用的，因为它可沿原方向反射回光束，且不会反馈到光源处。但是，在某些应用中，要求使用平面反射镜而不是角反射器。下图给出了使用平面反射镜时的光路结构。通过1/4波片改变测量光束的偏振方向，测量光束两次通过测量路径，因此，分辨率相对于角反射器型加倍。
(3) 影响测量结果及不确定度的因素
当光干涉技术用在长度测量中时，应该考虑空气折射率的影响。空气折射率的校正方法有两种，一种是测量环境参数，如空气温度、空气压力、湿度及二氧化碳的密度，然后使用经验公式计算及校正空气的折射率。另外一种方法是用长度稳定的腔体，即波长跟踪器来测量,它由稳定的腔体及差分干涉仪组成，如图所示。一束偏振光是经标准腔体的前表面反射，另一束是经后表面反射。这种差分干涉仪可测量腔体的光学长度。
腔体是由具有很小热膨胀系数的材料制成的，其几何长度非常稳定；因此，腔体的光学长度变化可认为是腔内空气折射率变化的结果。也就是说，空气折射率的变化可通过监测腔体的光学长度的变化来测量，那么就可在同一测量环境下，用作位移测量的校正。
测量中，参考通道和测量通道的温度变化会引起误差。从分束镜到动角反射镜的zui近位移变化距离称为死路径，其在位移测量中不起作用，但它对测量结果有影响，也就是说，这段死路径会由于温度变化或振动而使光程波动，zui终使测量结果产生误差。
如果您对位移测量有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/three-level-55.html
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
展示全部 
