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干涉测量法

 

激光干涉仪是一种基于光的干涉原理进行高精度测量的仪器,其核心是通过两束或多束相干光的叠加形成干涉条纹,通过分析条纹变化来测量长度、位移、表面形貌、折射率等物理量。

1.激光干涉的基本原理

干涉条件:

两束光必须满足相干性(时间相干性和空间相干性)。 

光程差需小于激光的相干长度(ΔL<Lc​),ΔL为光程差,Lc为相干长度。

干涉公式:

光强分布 I = I₁ + I₂ + 2√(I₁I₂)cos (∆ф) ,其中 ∆ф = 2π/λ ΔL为相位差。干涉条纹移动一条对应光程差变化一个波长(λ)。

 

 2. 激光干涉仪的分类

 2.1按光路结构分类

(1)迈克尔逊干涉仪 

 原理:分束器将激光分为参考光和测量光,两束光反射后重新干涉。结构简单,适用于位移测量(如LIGO引力波探测)。



迈克尔干涉仪原理图
 

(2)马赫-曾德尔干涉仪 

  原理:两束光通过独立路径,无反射镜,适合测量折射率变化(如流体流速、等离子体诊断)。


马赫-曾德尔干涉仪原理图
 

(3)法布里-珀罗干涉仪

  原理:多光束干涉,高精细度,用于光谱分析或激光腔长控制。



法布里-珀罗干涉仪原理图

(4)斐索干涉仪 

  原理:利用待测表面与参考平面直接反射光干涉,用于光学表面平整度检测。



斐索干涉仪原理图
 

 2.2 按测量目标分类

(1)位移/长度干涉仪 

测量目标位移(纳米级精度),如机床导轨校准。 

(2)波前/面形干涉仪  

检测光学元件表面误差(如透镜、反射镜的λ/10精度)。

(3) 折射率/气体干涉仪 

通过光程差变化反演介质折射率,如空气折射率补偿。

 

 2.3 按信号处理方式分类

(1)零差干涉仪

直接检测干涉光强,结构简单但易受噪声影响。

(2)外差干涉仪  

引入频率差(如声光调制),通过拍频信号提高抗干扰能力(如半导体制造中的精密定位)。  

 

3.典型应用领域

3.1工业制造与计量 

数控机床、光刻机的位置反馈(纳米级重复定位精度)。 

光学元件面形检测(如望远镜镜片、手机镜头模组)。 



 激光干涉仪的数控机床重复定位
 

3.2科学研究 

引力波探测(迈克尔逊干涉仪)。 

等离子体密度测量(马赫-曾德尔干涉仪)。



激光干涉引力波天文台(LIGO)
 

3.3生物医学 

光学相干断层扫描(OCT),利用低相干光干涉实现生物组织微米级成像。



激光干涉光学相干断层扫描
 

3.4环境监测 

大气湍流分析、气体浓度检测(通过折射率变化)。



激光抗大气湍流传输研究
 

3.5半导体工业  

晶圆厚度测量、光刻对准(双频激光干涉仪)。



激光干涉仪的光刻对准研究
 

4.CNI典型的干涉用激光器

CNI可提供高可靠性窄线宽、单纵模(单频)激光器,具有模式稳定、相干长、噪声低、光束质量好等特点,是干涉应用的理想选择。
具体详情,请点击www.cnilaser.comwww.cnilaser.net 了解。

 

 

CNI单纵模(单频)、窄线宽激光器典型产品

 

 

紫外

蓝光

绿光

黄光

红光

红外

261、266、320、

335、349、355、

360nm等

405、445、450、457、473nm等

509、515、532、540、550nm等

552、556、561、577、589nm等

607、633、639、

660、671、698、720nm等

785、1064、

1030、1342、1550nm

 

激光干涉仪通过巧妙的光路设计和信号处理,实现了从宏观到微观的极致测量,应用场景覆盖工业、科研、医疗等高端领域,未来将进一步向高精度、抗干扰、多功能方向发展。

 

 
 

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