双频激光干涉仪的简介

2025-03-27 02:29:47

推荐回答（2个）

回答1：

单频激光干涉仪与双频激光干涉仪的区别
先编个段子进行下脑补，关于课堂上学生因内急而举手的情景。

小学生：老师，我想上厕所！

中学生：老师，我快憋不住了！

大学生：老师，我肚子不舒服！

研究生：老师，我没有举手，我就活动下肘关节…（老师：你给我出去！）

开心完了，请各位对号入座，开始科普！
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1、激光干涉仪是什么

小学生：

　　激光，干涉，仪器！
中学生：
氦氖激光器出射的激光，利用迈克尔逊干涉原理做成的仪器。
大学生：
氦氖激光器出射的正交偏振激光，经过偏振分光棱镜后一分为二，成了两束激光；两束激光，一束作为参考光，一束作为测量光，各自反射后再次经过偏振分光棱镜而合二为一，然后进行迈克耳逊干涉，是一种测量位移的仪器。
研究生：

激光干涉仪是一种以光波为载体，其光波波长可以直接对米进行定义，且可以溯源至国家标准，是迄今公认的高精度、高灵敏度的几何量测量仪器。

以占市场主流的单频激光干涉仪，对其基本原理进行概述：
一种波长为633nm的He-Ne激光器，其出射光存在两个正交偏振的纵模（线偏振光），先通过PBS1，滤掉其中一个纵模；然后通过1/4波片（光轴与线偏振光成45度），线偏振光变成圆偏振光；圆偏振光经过PBS2后一分为二，分成两束频率相同、相位正交的线偏振光，一束作为参考光，一束作为测量光；两束线偏振光各自反射后会再次经过PBS2而合二为一，然后通过1/2波片（光轴为22.5度），即满足迈克耳逊干涉的条件。

2、激光干涉仪能测量什么

小学生：
测量直走的距离。
中学生：
测量直线运动物体的相对位移量。
大学生：
激光干涉仪主要应用于数控机床的测量与校准，分为静态测量和动态测量。
静态测量功能可以测量线性位移、小角度、直线度、垂直度、平行度、平面度；动态测量功能可以进行位移、速度、加速度的测量与分析，以及FFT分析。
研究生：

激光干涉仪主要应用于运动导轨的测量与校准，如数控机床、三坐标、机器人、3D打印设备、自动化设备、线性位移平台等领域；也可用于教学和科研，如引力波探测、重力加速度试验、微观检测和纳米研究等。
它分为静态测量和动态测量，下面以深圳市中图仪器股份有限公司自主开发的SJ6000激光干涉仪进行概述。
【静态测量功能】
0~80m线性位移测量（包括线性定位精度、重复定位精度和反向间隙等）
±10°角度测量（包括角度定位精度、重复定位精度和反向间隙等，以及角摆，还可以衍生出平面度的测量）
±3mm直线度测量（包括横向和纵向的直线度，还可衍生出垂直度和平行度的测量）
【动态测量功能】
可实现线性位移、角度和直线度的动态测量与性能检测，以及进行位移分析、速度分析、加速度分析、振幅与频率的FFT分析。
典型应用有丝杆导轨的动态特性分析、振动分析、驱动系统的响应特性分析等。

3、单频激光干涉仪和双频激光干涉仪有何异同

小学生：

　　名字上有一个字不同，六个字相同！
中学生：
单频激光干涉仪只需用到一个频率即可进行迈克耳逊干涉，双频激光干涉仪却要用到两个频率才能进行迈克耳逊干涉。两者在测量原理、功能和精度表现上没有本质区别。
大学生：
【相同点】
1)、仪器性质、功能、作用、用法相同；
2)、原理都采用外差干涉；
3)、精度都主要取决于激光波长稳定度和环境因素。
【不同点】
1)、单频激光干涉仪的光电探测器获取的是干涉条纹的光强变化信号；而双频激光干涉仪的光电探测器获取的是光频变化信号；
2)、双频激光干涉仪存在非线性误差，而单频激光干涉仪可以修正至可以忽略；
3)、双频激光干涉仪在测量速度上受到频差的限制，而单频激光干涉仪不会，所以单频激光干涉仪可以将测量速度做到更高。
研究生：
【单频激光干涉仪】
单频激光干涉仪采用的是分振幅的方法，将激光器出射的圆偏振光通过一个偏振分光棱镜PBS分为两束，一束作为参考光，一束作为测量光，测量光携带测量信息后返回与参考光合束，得到干涉条纹，通过光电探测器可以记录干涉条纹的数目和强度，即可得到移动的距离如下：
L＝Nλ／2
可见，单频激光干涉仪的光电探测器获取的是干涉条纹的光强变化信号。
【双频激光干涉仪】
双频激光干涉仪采用塞曼稳频或者其他方式将单频激光分为两个振动方向互相垂直，具有一定频差的双频激光输出。其中，分一部分光作为参考光，参考光的频率差为f1-f2，另一部分光由激光头出射，同样通过偏振分光棱镜PBS，可以将两个振动方向互相垂直的线偏振光分开，一束频率为f1的光由固定角锥反射返回，另一束频率为f2的光作为测量光，由移动角锥反射，在返回时由于多普勒效应，相应的光频变化为f2±△f。此时光f1和光f2±△f作为测量光入射到激光头里，测量光的频率为f1-f2±△f，将其与参考光的频率进行对比，由下面的公式得到移动的距离为：

可见，双频激光干涉仪的光电探测器获取的是光频变化信号。
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是不是非专业又隔行？
没错！
否则，怎么能考验出你这么low的学习理解能力啊！
是不是很无辜？
不不不！
因为，你已经获得了一项国际前沿科技的认知。

回答2：

激光的出现在世界计量史上具有重大的意义。
用稳频的氦氖激光器作为光源，由于它的相干长度很大，干涉仪的测量范围可以大大的扩展；而且由于它的光束发散角小，能量集中，因而它产生的干涉条纹可以用光电接收器接收，变为电讯号，并由计数器一个不漏的记录下来，从而提高了测量速度和测量精度，比如说我国自行设计与制造的以氦氖激光器作为光源的光电光波比长仪，可以在20分钟之内把1米线纹尺上1001条刻线依次自动鉴定完毕，精度达到±0.2μm，这就是激光干涉仪的成功例证。
但是这种单频的激光仪并非完美，它的一个根本弱点就是受环境影响严重，在测试环境恶劣，测量距离较长时，这一缺点十分突出。其原因在于它是一种直流测量系统，必然具有直流光平和电平零漂的弊端。激光干涉仪可动反光镜移动时，光电接收器会输出信号，如果信号超过了计数器的触发电平则就会被记录下来，而如果激光束强度发生变化，就有可能使光电信号低于计数器的触发电平而使计数器停止计数，使激光器强度或干涉信号强度变化的主要原因是空气湍流，机床油雾，切削屑对光束的影响，结果光束发生偏移或波面扭曲。这种无规则的变化较难通过触发电平的自动调整来补偿，因而限制了单频干涉仪的应用范围，只有设法用交流测量系统代替直流测量系统才能从根本上克服单频激光干涉仪的这一弱点。
而双频激光干涉仪正好克服了这一弱点，它是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪。和单频激光干涉仪一样，双频激光干涉仪也是一种以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器，所不同者，一方面是当可动棱镜不动时，前者的干涉信号是介于最亮和最暗之间的某个直流光平，而后者的干涉信号是一个频率约为1.5MHz的交流信号；另一方面，当可动棱镜移动时，前者的干涉信号是在最亮和最暗之间缓慢变化的信号，而后者的干涉信号是使原有的交流信号频率增加或减少了△f，结果依然是一个交流信号。因而对于双频激光干涉仪来说，可用放大倍数较大的交流放大器对干涉信号进行放大，这样，即使光强衰减90%，依然可以得到合适的电信号。

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