條紋計(jì)數(shù)干涉儀

但是這種單頻的激光儀并非完美，它的一個(gè)根本弱點(diǎn)就是受環(huán)境影響嚴(yán)重，在測(cè)試環(huán)境惡劣，測(cè)量距離較長(zhǎng)時(shí)，這一缺點(diǎn)十分突出。其原因在于它是一種直流測(cè)量系統(tǒng)，必然具有直流光平和電平零漂的弊端。激光干涉儀可動(dòng)反光鏡移動(dòng)時(shí)，光電接收器會(huì)輸出信號(hào)，如果信號(hào)超過了計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平則就會(huì)被記錄下來，而如果激光束強(qiáng)度發(fā)生變化，就有可能使光電信號(hào)低于計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平而使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，使激光器強(qiáng)度或干涉信號(hào)強(qiáng)度變化的主要原因是空氣湍流，機(jī)床油霧，切削屑對(duì)光束的影響，結(jié)果光束發(fā)生偏移或波面扭曲。這種無規(guī)則的變化較難通過觸發(fā)電平的自動(dòng)調(diào)整來補(bǔ)償，因而限制了單頻干涉儀的應(yīng)用范圍，只有設(shè)法用交流測(cè)量系統(tǒng)代替直流測(cè)量系統(tǒng)才能從根本上克服單頻激光干涉儀的這一弱點(diǎn)。

而雙頻激光干涉儀正好克服了這一弱點(diǎn)，它是在單頻激光干涉儀的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種外差式干涉儀。和單頻激光干涉儀一樣，雙頻激光干涉儀也是一種以波長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被測(cè)長(zhǎng)度進(jìn)行度量的儀器，所不同者，一方面是當(dāng)可動(dòng)棱鏡不動(dòng)時(shí)，前者的干涉信號(hào)是介于最亮和最暗之間的某個(gè)直流光平，而后者的干涉信號(hào)是一個(gè)頻率約為1.5MHz的交流信號(hào);另一方面，當(dāng)可動(dòng)棱鏡移動(dòng)時(shí)，前者的干涉信號(hào)是在最亮和最暗之間緩慢變化的信號(hào)，而后者的干涉信號(hào)是使原有的交流信號(hào)頻率增加或減少了△f，結(jié)果依然是一個(gè)交流信號(hào)。因而對(duì)于雙頻激光干涉儀來說，可用放大倍數(shù)較大的交流放大器對(duì)干涉信號(hào)進(jìn)行放大，這樣，即使光強(qiáng)衰減90%，依然可以得到合適的電信號(hào)。由于這一特點(diǎn)，雙頻激光干涉儀可以在恒溫，恒濕，防震的計(jì)量室內(nèi)檢定量塊，量桿，刻尺和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，也可以在普通車間內(nèi)為大型機(jī)床的刻度進(jìn)行標(biāo)定，既可以對(duì)幾十米的大量程進(jìn)行精密測(cè)量，也可以對(duì)手表零件等微小運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精密測(cè)量，既可以對(duì)幾何量如長(zhǎng)度、角度.直線度、平行度、平面度、垂直度等進(jìn)行測(cè)量，也可以用于特殊場(chǎng)合，諸如半導(dǎo)體光刻技術(shù)的微定位和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器上記錄槽間距的測(cè)量等等。

用穩(wěn)頻的氦氖激光器作為光源，由于它的相干長(zhǎng)度很大，干涉儀的測(cè)量范圍可以大大的擴(kuò)展;而且由于它的光束發(fā)散角小，能量集中，因而它產(chǎn)生的干涉條紋可以用光電接收器接收，變?yōu)殡娪嵦?hào)，并由計(jì)數(shù)器一個(gè)不漏的記錄下來，從而提高了測(cè)量速度和測(cè)量精度，比如說我國(guó)自行設(shè)計(jì)與制造的以氦氖激光器作為光源的光電光波比長(zhǎng)儀，可以在20分鐘之內(nèi)把1米線紋尺上1001條刻線依次自動(dòng)鑒定完畢，精度達(dá)到±0.2μm，這就是激光干涉儀的成功例證。

條紋掃描干涉儀 條紋掃描干涉儀的特點(diǎn):①干涉系統(tǒng)本身的誤差可用絕對(duì)校正法測(cè)出和存儲(chǔ)，并在后續(xù)的波面測(cè)試中自動(dòng)除去，因此降低了干涉系統(tǒng)各光學(xué)元件的加工要求。當(dāng)要求測(cè)量精度為/100時(shí),干涉系統(tǒng)的波面誤差只要1就夠了。②由于二極管陣列上光強(qiáng)以隨機(jī)形式多次取樣和平均，因此大氣抖動(dòng)、振動(dòng)及熱變形對(duì)測(cè)量精度的影響明顯下降。

用調(diào)制參考波面使干涉條紋對(duì)探測(cè)器掃描來實(shí)現(xiàn)波面位相精密探測(cè)的儀器。以特外曼-格林型條紋掃描干涉儀為例。如圖所示，該干涉儀參考波面的調(diào)制是通過壓電晶體驅(qū)動(dòng)參考反射鏡來達(dá)到的。調(diào)制的干涉條紋被32×32二極管陣列所接收，用一臺(tái)小型電子計(jì)算機(jī)及一系列外部設(shè)備對(duì)測(cè)量過程進(jìn)行控制、計(jì)算及顯示，完成對(duì)被測(cè)件(包括平面、球面及鏡頭)1024點(diǎn)的位相探測(cè)，測(cè)量精度可達(dá)/100。

干涉儀的應(yīng)用極為廣泛，主要有如下幾方面：

在雙光束干涉儀中，若介質(zhì)折射率均勻且保持恒定，則干涉條紋的移動(dòng)是由兩相干光幾何路程之差發(fā)生變化所造成，根據(jù)條紋的移動(dòng)數(shù)可進(jìn)行長(zhǎng)度的精確比較或絕對(duì)測(cè)量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀曾被用來以鎘紅譜線的波長(zhǎng)表示國(guó)際米。

兩光束的幾何路程保持不變，介質(zhì)折射率變化也可導(dǎo)致光程差的改變，從而引起條紋移動(dòng)。瑞利干涉儀就是通過條紋移動(dòng)來對(duì)折射率進(jìn)行相對(duì)測(cè)量的典型干涉儀。應(yīng)用于風(fēng)洞的馬赫-秦特干涉儀被用來對(duì)氣流折射率的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。

任何一個(gè)以波長(zhǎng)為單位測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)米尺的方法也就是以標(biāo)準(zhǔn)米尺為單位來測(cè)量波長(zhǎng)的方法。以國(guó)際米為標(biāo)準(zhǔn)，利用干涉儀可精確測(cè)定光波波長(zhǎng)。法布里-珀羅干涉儀（標(biāo)準(zhǔn)具）曾被用來確定波長(zhǎng)的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（鎘紅譜線波長(zhǎng)）和幾個(gè)次級(jí)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而通過比較法確定其他光譜線的波長(zhǎng)。

泰曼干涉儀被普遍用來檢驗(yàn)平板、棱鏡和透鏡等光學(xué)元件的質(zhì)量。在泰曼干涉儀的一個(gè)光路中放置待檢查的平板或棱鏡，平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡，可根據(jù)干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變，從而評(píng)估透鏡的波像差。

用作高分辨率光譜儀。法布里-珀羅干涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大，因而有極高的光譜分辨率，常用作光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)分析。

歷史上的作用。19世紀(jì)的波動(dòng)論者認(rèn)為光波或電磁波必須在彈性介質(zhì)中才得以傳播，這種假想的彈性介質(zhì)稱為以太。人們做了一系列實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證以太的存在并探求其屬性。以干涉原理為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)最為精確，其中最有名的是菲佐實(shí)驗(yàn)和邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)。1851年，A.H.L.菲佐用特別設(shè)計(jì)的干涉儀做了關(guān)于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的光速的實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)明運(yùn)動(dòng)介質(zhì)是否曳引以太。1887年，A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷合作利用邁克耳孫干涉儀試圖檢測(cè)地球相對(duì)絕對(duì)靜止的以太的運(yùn)動(dòng)。對(duì)以太的研究為A.愛因斯坦的狹義相對(duì)論提供了佐證。