干涉仪

1、仪器应妥善地放在干燥、清洁的房间内，防止振动，仪器搬动 时，应托住底座，以防导轨变形。

2、光学零件不用时，应存放在清洁的干燥盆内，以防止发霉。反光镜、分光镜一般不允许擦拭，必要擦拭时，须先用备件毛刷小心掸去灰尘，再用脱脂清洁棉花球滴上酒精和乙醚混合液轻拭。

3、传动部件应有良好的润滑。特别是导轨、丝杆、螺母与轴孔部分，应用T5精密仪表油润滑。

4、使用时，各调整部位用力要适当，不要强旋、硬扳。

5、导轨面丝杆应防止划伤、锈蚀，用毕后，仍保持不失油状态。

6、 经过精密调整的仪器部件上的螺丝，都涂有红漆，不要擅自转动。

激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。

英文名称：laser interferometer（激光干涉仪）

激光干涉仪有单频的和双频的两种。

从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为 激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。

激光干涉仪在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应, 激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路：一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2 ±Δf的光束，Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的，即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf）的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后，由电子计算机进行当量换算（乘 1/2激光波长）后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件，还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。

1、干涉环不圆正

原 因：

（1）分光板膜层面反向。

（2）两组出射光瞳错位。

（3）分光板、补偿板、移动镜及参考镜有压应力。

检修方法：分光板膜层应是入射光的第二面，如装在第一面，则调出的等倾干圆涉环是直的椭圆形干涉环，可旋松分光板的三只宽头螺钉，取出分光 板，反过180°重新装入金属框内，把三只宽头螺钉旋到原来的压紧力。分光板调整请参考故障检修方法。分光板，补偿板的宽头螺钉，移动镜及参考镜的调节滚花螺钉压紧 力过大，使各镜片逐步变形产生等倾干涉圆环不规则，适当放松过紧的 螺钉即可消除。

2、读数空位大于 0.03mm

原 因：

（1）传动螺母和丝杆的配合间隙大。

（2）拖板体下面的顶块间隙偏大。

（3）档板与导轨配合过松。

检修方法：可先调整顶块间隙，拖板体在工作状态下旋松顶块螺钉，左手大拇 指将拖板体向读数头方向轻推，中指压紧顶块，然后固紧顶块螺钉。如果仍未达到要求，调整档板与导轨的间隙达 0.02mm，再调节传动螺母上 的两只螺钉（老产品有四只）。

3、 转动粗动手轮时拖板不走。

原 因：

（1）仪器受强烈冲击后，丝杆向尾架方向脱出，造成读数头啮合齿轮错位。

（2） 传动小齿轮固紧螺母松动， 造成传动小齿轮与丝杆打滑。

（3）大齿轮及粗动手轮的压紧螺母松动。

检修方法：首先检查粗动手轮压紧螺母，然后检查精密丝杆是否向尾架方向脱出，如已脱出，可松动尾架三只螺钉，一面将丝杆推向读数头，一面慢慢转动粗动手轮，最后旋紧尾架三只螺钉，如果是小齿轮固紧螺母和大齿轮固紧螺母松动，先拆去传动盒盖，再拆下门字架，固紧螺母，重新依次装配即可。

4、转动微动手轮时拖板不走。

原 因：

（1）传动小齿轮压紧螺母松，使盆形弹簧片无压紧力，造成 蜗轮空转。

（2）粗微动有脱开机构的干涉仪，蜗杆压紧弹簧片失灵。

（3）微动手轮压紧螺母松。

检修方法：先检查微动手轮的压紧螺母。然后打开传动盒盖，取下门字架，旋紧传动小齿轮压紧螺母，使盆形弹簧片压紧蜗轮，此时转动蜗轮应带动精密丝杆，依次装好拆下的另件。 如果是脱开机构，应检查蜗杆拖板是否已被压死。如被压死，可拆 下左右压块，清洗、上油（7101 油脂）重新装配即可，如蜗杆拖板较松，说明蜗杆拖板的弹簧压力减小，（1）可拆下弹簧改小 R 增加弹性。（2）调换弹簧片。

5、转动粗动手轮时，等倾干涉环从中心向外漂移。

原 因：入射的光源不垂直于移动镜。

检修方法：此种现象，并非仪器故障，主要是入射的光源不垂直于移动镜，因多数易误解为导轨直线性不好所致，故亦在此说明。首先调整干涉仪三只底脚调平螺钉，使仪器基本按放水平，然后调整光源，使扩束激光充满固定镜，将移动镜调至零光程附近，转动粗动手轮调等倾直条纹，说明扩束激光基本垂直于移动镜，此时转动粗动手轮出现的干涉圆环就不 会漂移。

6、白光干涉条纹不对称。

原 因：

（1）受运输冲击或使用过程中碰过分光板和补偿板两板平行 度已被破坏。

检修方法：调整分光板与补偿板的平行性，在没有自准直仪时，可通过两板同时观察室内目标物。如日光灯，调节两板上的宽头螺钉，使双象基本重合，这时调出的白光彩色条纹可达到基本对称，如仍有不对称现象，可调节补偿板的三只宽头螺钉达到完全对称。

7、 波长测定值偏长。

原 因：

（1）拖板体测面弹簧片压力太紧。

（2）档板与导轨配合过紧。

（3）导轨面润滑油脂太厚。

（4）蜗轮稍有打滑。

（5）丝杆尾架压紧力偏小。

检修方法：先检查拖板体测面的弹簧片是否太紧，如太紧可将弹簧变形减少压力的办法解决。第二取下拖板体，检查开合螺母上的档板与导轨面的配合是否过紧，如过紧可调整档板，旋松两只螺钉，提高档板与导轨接触 处垫入 0.02mm 厚的锡片，放下档板，固紧螺钉，拿掉锡片。第三导轨如加上厚的油脂，会使拖板增加阻尼或厚的油脂上带有杂质，会使拖板不 按导轨直线移动。应清洗后重新上油。第四检查尾架内的弹簧，如压紧 力偏小，可把滚花螺套旋出，将弹簧拉长即可。如遇蜗轮稍有打滑，检修时必须小心拆装，先拆下传动盒盖，拆下门字架，取下小钢球，旋下小齿轮压紧螺母，用专用夹具取下读数盘， 平面轴承，盆形弹簧片、蜗轮等。在汽油中清洗、烘干，重新涂硬性润滑油脂（杭光 3#或 7107 油脂），重新装配时可在平面轴承与读数盘之间 加 0.2mm 的金属垫片，手感磨擦力有所增加后，依次重新装配，再进行测量检查。

1、激光干涉仪可以同时测量线性定位误差、直线度误差(双轴)、偏摆角、俯仰角和滚动角等，以及测量速度、加速度、振动等参数，并评估机床动态特性等。

2、激光干涉仪的光源——激光，具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。

3、激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来使用。

4、仪器应放置在干燥、清洁以及无振动的环境中应用。

5、在移动仪器时，为防止导轨变形，应托住底座再进行移动。

6、仪器的光学零件在不用时，应在清洁干燥的器皿中进行存放，以防止发霉。

7、尽量不要去擦拭仪器的反光镜、分光镜等，如必须擦拭则应当小心擦拭，利用科学的方法进行清洁。

8、导轨、丝杆、螺母与轴孔部分等传动部件，应当保持良好的润滑。因此必要时要使用精密仪表油润滑。

9、在使用时应避免强旋、硬扳等情况，合理恰当的调整部件。

10、避免划伤或腐蚀导轨面丝杆，保持其不失油。

1. 同时测量线性定位误差、直线度误差（双轴）、偏摆角、俯仰角和滚动角

2. 设计用于安装在机床主轴上的5D/6D传感器

3. 可选的无线遥控传感器最长的控制距离可到25米

4. 可测量速度、加速度、振动等参数，并评估机床动态特性

5. 全套系统重量仅15公斤，设计紧凑、体积小，测量机床时不需三角架

6. 集成干涉镜与激光器于一体，简化了调整步骤，减少了调整时间

干涉仪的应用极为广泛，主要有如下几方面：

在双光束干涉仪中，若介质折射率均匀且保持恒定，则干涉条纹的移动是由两相干光几何路程之差发生变化所造成，根据条纹的移动数可进行长度的精确比较或绝对测量。迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪曾被用来以镉红谱线的波长表示国际米。

两光束的几何路程保持不变，介质折射率变化也可导致光程差的改变，从而引起条纹移动。瑞利干涉仪就是通过条纹移动来对折射率进行相对测量的典型干涉仪。应用于风洞的马赫-秦特干涉仪被用来对气流折射率的变化进行实时观察。

任何一个以波长为单位测量标准米尺的方法也就是以标准米尺为单位来测量波长的方法。以国际米为标准，利用干涉仪可精确测定光波波长。法布里-珀罗干涉仪（标准具）曾被用来确定波长的初级标准（镉红谱线波长）和几个次级波长标准，从而通过比较法确定其他光谱线的波长。

泰曼干涉仪被普遍用来检验平板、棱镜和透镜等光学元件的质量。在泰曼干涉仪的一个光路中放置待检查的平板或棱镜，平板或棱镜的折射率或几何尺寸的任何不均匀性必将反映到干涉图样上。若在光路中放置透镜，可根据干涉图样了解由透镜造成的波面畸变，从而评估透镜的波像差。

用作高分辨率光谱仪。法布里-珀罗干涉仪等多光束干涉仪具有很尖锐的干涉极大，因而有极高的光谱分辨率，常用作光谱的精细结构和超精细结构分析。

历史上的作用。19世纪的波动论者认为光波或电磁波必须在弹性介质中才得以传播，这种假想的弹性介质称为以太。人们做了一系列实验来验证以太的存在并探求其属性。以干涉原理为基础的实验最为精确，其中最有名的是菲佐实验和迈克耳孙-莫雷实验。1851年，A.H.L.菲佐用特别设计的干涉仪做了关于运动介质中的光速的实验，以验明运动介质是否曳引以太。1887年，A.A.迈克耳孙和E.W.莫雷合作利用迈克耳孙干涉仪试图检测地球相对绝对静止的以太的运动。对以太的研究为A.爱因斯坦的狭义相对论提供了佐证。

5D/6D标准型：

1. 线性：0.5ppm .

2. 测量范围：40米（1D可选80米）

3. 线性分辨力：0.001um.

4. 偏摆角和俯仰角的精度：（1.0+0.1/m）角秒或1%显示较大值

5. 最大范围：800角秒

6. 滚动角精度：1.0角秒

7. 直线度精度：（1.0+0.2/m）um或1%显示较大值

8. 直线度最大范围：500um

9. 垂直度精度：1角秒

10. 温度精度：0.2摄氏度

11.湿度精度：5%

12.压力精度：1mmHg

随着20世纪60年代初激光的出现，几何量计量技术的发展步入了崭新的时期。双频激光干涉仪正是利用激光具有频率稳定、单色性好等优点，在几何量计量领域发挥着越来越重要的作用。双频激光干涉仪具有精度高、应用范围广、环境适应能力强、实时动态测速高等一系列无可比拟的优势，成为几何量计量活动的生力军。相比于激光干涉仪，现代双频激光干涉仪摆脱了计量室的束缚，在越来越广阔的工程测量领域大显身手。因此，双频激光干涉的发明对计量事业的发展乃至整个科学事业的发展有着举足轻重的作用。本文根据双频激光干涉仪应用领域的最新发展，对双频激光干涉仪的应用进行了简要的总结。

双频激光干涉仪的发明把几何量计量发展推向了又一个高峰，双频激光干涉仪是目前精度最高、量程最大的长度计量仪器，以其良好的性能、在很多场合，特别是在大长度与大位移的精密测量中得到广泛应用。就长度计量而言，通常将200m以上的测量称为距离测量（Distance Measurement），3m以下的称为一般长度测量，3~200m之间的测量称为大尺寸测量(Large Dimension Measurement)[1]。双频激光干涉仪在一般长度精密测量中多有使用。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，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，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。不仅在单纯的长度计量领域，在其他工程技术领域，双频激光干涉仪的应用也越来越广泛，不乏一些很有创见的应用。关于双频激光干涉仪在解决某个工程测量问题的研究已经有非常多的成功案例，以双频激光干涉仪为关键词的学术论文不胜枚举，对双频激光干涉仪的应用，国内外很多学者常常有很独到的理解。双频激光干涉仪的应用也不断发展更新，所以，有必要对它的应用做一些有益的总结，使人们更好的理解双频激光干涉仪的应用，为推动生产发展提供一些理论依据。

1、 双频激光干涉仪原理

双频激光干涉仪的原理是建立在塞曼效应、牵引效应和多普勒效应的基础之上的。其原理如图2所示，在全内腔He-Ne激光器上加约0.03T的轴向磁场，由于塞曼效应和牵引效应，发出一束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，它们的频率差大约是1.5MHz左右。这束光经1/4波片之后成为两个互相垂直的线偏振光，再经平行光管准直和扩束。从平行光管出来的这束光经过析光镜反射出一小部分作为参考光束通过45°放置的检偏器。并由马吕斯定律可知，两个垂直方向的线偏振光在45°方向上投影，形成新的线偏振光并产生拍频。这个拍频频率恰好等于激光器所发出的两个光频的差值即（f1-f2），约为1.5MHz。经光电元件接受进入前置放大器和计算机。另一部分透过析光镜沿院方向射向偏振分光棱镜。互相垂直的线偏振光f1和f2被分开。f2射向参考立体直角锥棱镜后返回，f1透过偏振分光棱镜到立体直角锥棱镜——测量棱镜，这时如果它以速度v运动，那么f1的返回光便有了变化成为（f1±Δf）。这束光返回后重新通过偏振分光棱镜并与f2的返回光会合，然后到45°放置的检偏器上产生拍频被光电元件接收，进入前置放大器和计算机。计算机对两路信号进行比较，计算它们之间的差值±Δf（即多普勒频差）。进而可以根据立体直角棱镜移动度数和时间求得被测长度。

双频激光干涉仪中，双频起到了调频的作用，被测信号只是叠加在这一调频副载波上，这副载波与被测信号一起均被接收并转换成电信号。

2、双频激光干涉仪在大尺寸测量中的应用

双频激光干涉仪是精度最高、可靠性非常好的仪器，是高精度大尺寸测量中优先考虑的测量手段。

（1）双频激光干涉仪测量大尺寸轴径

双频激光干涉仪是一种增量式测长仪。在时间t内，被测长度对应的多普勒频差为计数器记得的脉冲数K。计数器计脉冲数时，需要有信号控制计数器开始计数和停止计数，此信号由准直系统提供。当准直系统对准被测轴径的测量起点时，发出一个开始计数信号；当准直系统对准被测的测量终点时，发出一个停止计数信号，计数器停止计数。所以准直系统对准的精度直接影响测量系统准确度。激光准直的工作原理为，由氦氖激光器发射出激光，经过前端望远镜系统后，发射是出一束激光束作为系统准直的基准，光电目标靶为准直系统的接收装置，常用的是硅光电探测器。

3、双频激光干涉仪在数控车床检定中的应用

双频激光干涉仪与不同光学附件结合,可以测量距离、直线度、垂直度、平行度、平面度。由于仪器为模块化结构,安装位置灵活,便于分析机床误差来源;而且测量时可以在工作部件运动过程中自动采集数据,更接近机床的实际使用状态。与传统的检定方法相比,激光干涉仪具有较高的精度和效率,并能及时处理数据,为机床误差修正提供依据。因此,用双频激光干涉仪检测机床各项误差是一种用传统测量手段难以实现的的技术。位置精度是机床的重要指标,目前世界各国机床检定标准中都推荐使用激光干涉仪进行该项精度的检定。用双频激光干涉仪检定位置精度使用长度干涉仪和测量反射镜,测量时将长度干涉仪置于不动位置,反射器安装在运动部件上(也可相反) 。双频激光干涉仪在数控机床检定上的应用，即是对其各项形位误差的检定，在此不予赘述。