详解激光干与仪作业原理

  干与仪是以激光波长为已知长度、运用迈克耳逊干与体系丈量位移的通用长度丈量东西。有单频的和双频的两种。单频的是在20世纪60年代中期呈现的，开始用于检定基准线纹尺，后又用于在计量室中精细测长。双频在极挨近标准状况(温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59%、CO2 含量0.03%)下的丈量精确度很高，可达1×10。

  图1为单频激光干与仪的作业原理。从激光器宣布的光束，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发生干与条纹。当可动反射镜移动时，干与条纹的光强改变由接受器中的光电转化元件和电子线路等转化为电脉冲信号，经整形、扩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]

  式中为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。运用单频激光干与仪时，要求周围大气处于安稳状况，各种空气湍流都会引起直流电平改变而影响丈量成果。

  图2为双频激光干与仪的作业原理。在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。因为塞曼割裂效应和频率牵引效应，激光器发生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个相互笔直的线偏振光，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的参阅光束。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 f的光束，f是可动反射镜移动时因多普勒效应发生的附加频率，正负号表明移动方向(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发生一些改变)。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-(f2f)的丈量光束。丈量光束和上述参阅光束经各自的光电转化元件、扩大器、整形器后进入减法器相减，输出成为仅含有f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。双频激光干与仪是使用频率改变来丈量位移的，这种位移信息载于f1和f2的频差上，对由光强改变引起的直流电平改变不灵敏，所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标丈量机、光刻机和加工中心等的坐标精度，也可用作测长机、高精度三坐标丈量机等的丈量体系。运用相应附件，还可进行高精度直线度丈量、平面度丈量和小视点丈量。