单频-双频激光干涉仪
双频激光干涉测量仪安全操作及保养规程
双频激光干涉测量仪安全操作及保养规程1. 引言双频激光干涉测量仪是一种用于测量光学元件尺寸、表面形貌等参数的高精度测量设备。
为了保障操作人员的安全，提高设备的稳定性和寿命，制定本安全操作及保养规程。
2. 安全操作规程在使用双频激光干涉测量仪时，操作人员应遵守以下规程：2.1. 穿戴个人防护装备操作人员应穿戴适当的个人防护装备，包括护目镜、防护手套等，以保护眼睛、手部等重要部位。
2.2. 注意防护视力激光干涉测量仪工作时会产生强光，操作人员应避免直接注视光束，以免损伤视力。
在调试或维护设备时，可使用适当的滤光眼镜来保护眼睛。
2.3. 避免触碰高温部件部分设备在工作过程中会产生高温，操作人员应避免接触这些部件，以免烫伤。
2.4. 谨防电击在维护设备时，操作人员应将设备断电，并确认所有电源已经关闭。
禁止在潮湿环境进行维护工作，以防发生意外触电。
2.5. 防止设备外部损坏操作人员在使用设备时应避免撞击设备和控制台，以防止设备外部零部件的损坏。
2.6. 禁止擅自拆卸设备除了经过合适的培训和授权的维修人员外，禁止其他人员擅自拆卸设备。
如需维修或更换部件，请联系专业技术人员。
3. 保养规程为了保障双频激光干涉测量仪的正常工作和延长设备寿命，操作人员应按照以下规程进行设备保养：3.1. 定期清洁设备表面使用柔软的布或特殊的清洁布擦拭设备表面，保持设备表面的清洁，并注意防止水或其它液体进入设备内部。
3.2. 定期校准设备根据设备的使用频率以及精度要求，定期进行设备的校准和调整，确保测量结果的准确性。
3.3. 注意设备周围环境保持设备周围环境的清洁、干燥和通风良好，避免灰尘和湿度对设备的影响。
3.4. 定期更换光源光源对于双频激光干涉测量仪的工作非常重要，定期检查并更换光源，确保设备的稳定性和测量精度。
3.5. 定期维护设备部件定期检查设备部件，并进行必要的维护工作。
如果发现任何损坏或异常情况，应及时联系维修人员进行维修和更换。
双频激光干涉仪
谢谢观看
而对双频激光干涉仪，即使光强损失95%，仪器仍能正常工作。
1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf 只是叠 1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。
1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。 1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。
而对双频激光干涉仪，即使光强损失95%，仪器仍能正常工作。
=1.5MHz的交流信号，
3．具有很强的抗干涉性：单频激光干涉仪光强变化50%就不能作。
动镜的运动只是使这个信号的频率增加或45˚）。
根据马吕斯定律（Ii=I0 ·cosθi），两互相垂直的线偏光在45˚透光轴的投影，形成新的同振动方向的线偏光，并产生拍频信号，其频率
二、双频激光干涉仪
（一）原理图
（二）几点说明
1．从分束镜4分出的部分激光束为偏振方向互相垂直的两线偏光； 该光束通过一捡偏器5（捡偏器透光轴与纸面成45˚）。根据马 吕斯定律（Ii=I0 ·cosθi），两互相垂直的线偏光在45˚透光轴的投 影，形成新的同振动方向的线偏光，并产生拍频信号，其频率 差为Δf=1.5MHz。
D
加在这一调频载波上。 1．在双频干涉仪中，双频起调制作用，被测信号Δf D只是叠加在这一调频载波上。
2．从分束镜4透过的另一部分测量激光束通过偏振分光棱镜8后，分成 互相垂直的两线偏光并射向参考镜9和动镜10，经反射，再次通
过偏振分光棱镜8。
2．当测量镜静止时，干涉仪仍保留Δf 3．通过计算机将两路信号合成后，只剩下测量信号Δf D。
差为Δf=1.
3．通过计算机将两路信号合成后，只剩下测量信号Δf D。
详解激光干涉仪工作原理
详解激光干涉仪工作原理
干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉仪有单频的和双频的两种。
单频的是在20 世纪60 年代中期出现的，最初用于检定基准线纹尺，后又用于在计量室中精密测长。
双频激光干涉仪是1970 年出现的，它适宜在车间中使用。
激光干涉仪在极接近
标准状态(温度为20℃、大气压力为101325 帕、相对湿度59%、CO2 含量0.03%)下的测量精确度很高，可达1 乘以10。
单频激光干涉仪
图1 为单频激光干涉仪的工作原理。
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]
计算式
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。
单频激光干涉仪原理图
双频激光干涉仪
图2 为双频激光干涉仪的工作原理。
在氦氖激光器上，加上一个约0.03 特斯。
双频激光干涉仪
光刻机定位双频激光干涉仪发布日期：2005年10月20日访问次数：1503光刻机定位双频激光干涉仪1.项目概述双频激光干涉仪以其特有的同时具有大测量范围、高分辨率、高测量精度和高速度等优点，在精密和超精密测量领域获得了广泛的应用。
双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，克服了普通单频干涉仪测量信号直流漂移的问题，具有信号噪声小、抗环境干扰能力强、允许光源多通道复用等诸多优点，使得干涉测长技术能真正用于实际生产。
例如，精密坐标机床的标定、高精度传感器的标定、半导体工业中的高精度模板的制造和定位、以及构成多坐标精密定位多轴运动系统等。
中科院上海光机所在上海市科委光科技专项二期项目支持下，完成了“光刻机定位双频激光干涉仪”样机。
以100nm线宽步进扫描投影光刻机工件台定位需求为研制目标，对双频激光干涉仪系统的关键技术进行了攻关，已经成功研制出一台高精度、高速度、大范围的双频激光干涉仪实验室样机，如图1所示。
该仪器核心技术是分辨率的提高和改进，取得6项专利，拥有自主知识产权。
2.国内外技术、应用现状及应用领域1）国内外技术双频激光干涉仪首先由美国HP公司研制成功并获得专列权。
第一批定型产品为5500A，于1970年投放市场，它的量程达到61m，测量精度为5×10-7，测量速度达330mm/s。
其后HP公司又研制了其他派生产品，如5526A除了能测长度以外，还能测速度、角度、平面度、直线度和垂直度，还可以用来测震及进行X-Y微动台的定位，用途极为广泛。
其他国家在这方面做了不少工作，投入市场的还有英国的Renishaw、美国的ZYGO、法国SORO和日本横河等公司。
我国从七十年代，清华大学、北京计量院、机械部成都工具研究所等科研部门就已开始研制双频激光干涉仪样机，至今已经有二、三十年历史。
成都工具研究所有商品化仪器出售,但分辨率比较差。
尽管国外双频激光干涉仪水平比较高，但价格高，特别是高档次的产品对我国禁运，而国内产品不能满足高精度先进制造技术方面的需求。
激光干涉仪用途
简介以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统(见激光测长技术)测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉仪有单频的和双频的两种。
单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。
双频激光干涉仪是1970年出现的，它适宜在车间中使用。
激光干涉仪在极接近标准状态（温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59％、C O2含量0.03％）下的测量精确度很高，可达1×10−7。
工作原理一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。
另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。
从激光头射出的激光光束(1)具有单一频率，标称波长为0.633µm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。
当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光—反射光束(2)和透射光束(3)。
这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束。
如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。
如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。
这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。
测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。
应当注意到，激光波长将取决于光束经过的空气的折射率。
由于空气折射率会随着气温、压力和相对湿度的变化而变化，用于计算测量值的波长值可能需要对这些环境参数的变化进行补偿。
在实践中，对于技术指标中的测量精度，只有线性位移（定位精度）测量需要进行此类补偿，在这种情况下两束光的光程差变化可能非常大。
产品用途1.激光干涉仪是检定数控机床、坐标测量机位置精度的理想工具。
检定时可按照规定标准处理测量数据并打印出误差曲线，为机床的修正提供可靠依据。
2.激光干涉仪配有各种附件，可测量小角度、平面度、直线度、平行度、垂直度等形位误差，在现场使用尤为方便。
双频激光干涉仪原理
双频激光干涉仪原理
双频激光干涉仪是一种基于光的干涉原理来测量长度或形态的仪器。
它由两个频率稍微不同的激光器组成，其中一个激光器的频率被称为参考频率，另一个被称为测量频率。
双频激光干涉仪的原理可以简单地描述为以下几个步骤：
1. 两个激光器发出的光束经过分束器，被分成两条光路，分别称为信号光路和参考光路。
2. 信号光路中的激光经过一系列的光学元件，被引导到待测物体上。
这样，信号光路中的光束会经过干涉和散射，然后被收集回来。
3. 参考光路中的光束直接通过一个干涉仪中的组合光栅，产生的分立的频谱图被传感器记录下来。
4. 通过计算信号光路中收集到的光束的干涉图与参考光路中的频谱图之间的相位差，就可以得到待测物体的长度或形态信息。
在测量过程中，两个激光器的频率会有微小的差异，这个差异会导致信号光路中的光束与参考光路中的频谱图之间产生干涉。
通过对信号光路中的光束进行干涉的分析，可以确定待测物体的长度或形态。
需要注意的是，为了保证测量的精度和准确性，双频激光干涉仪需要进行校准和补偿。
校准是为了准确确定参考频率和测量
频率之间的差异，而补偿则是为了消除信号光路中的光束通过待测物体和其他光学元件时所引起的相位变化。
双频激光干涉仪原理
双频激光干涉仪原理双频激光干涉仪是一种利用激光干涉原理来测量光程差的精密光学仪器。
它通过将两束具有不同频率的激光束进行干涉，利用干涉条纹的移动来测量被测量物体的位移、形变等参数。
双频激光干涉仪具有测量精度高、非接触测量、适用于动态测量等优点，因此在工程测量、材料科学、生物医学等领域得到了广泛的应用。
双频激光干涉仪的原理是基于激光的干涉现象。
激光是一种具有高相干性和定向性的光，它的频率稳定、波长单一。
在双频激光干涉仪中，通常使用两束具有微小频率差的激光束进行干涉。
这两束激光束经过分束器分成两路，分别通过不同的光路传播，然后再经过反射镜反射回来。
当这两束激光束重新合并时，由于它们的频率略有不同，会产生干涉现象。
通过控制其中一束激光的光程差，可以观察到干涉条纹的移动，从而实现对光程差的测量。
双频激光干涉仪的工作原理可以简单描述为，首先，激光器产生出两束具有微小频率差的激光束；然后，这两束激光束经过分束器分成两路，分别通过不同的光路传播；接着，它们再经过反射镜反射回来，重新合并时产生干涉现象；最后，通过控制其中一束激光的光程差，观察干涉条纹的移动，从而实现对光程差的测量。
双频激光干涉仪的测量精度主要取决于激光的频率稳定性和光程差的测量精度。
激光的频率稳定性越高，测量精度越高；光程差的测量精度越高，测量精度也越高。
因此，双频激光干涉仪在实际应用中需要保证激光器的频率稳定性，并采用高精度的光路控制和检测系统。
双频激光干涉仪在工程测量中有着广泛的应用，例如在微米级位移测量、表面形貌测量、振动分析等方面发挥着重要作用。
同时，在材料科学、生物医学等领域也有着重要的应用价值，例如在材料的动态变形分析、生物细胞的形变测量等方面具有很高的潜在应用前景。
总之，双频激光干涉仪作为一种精密光学测量仪器，具有测量精度高、非接触测量、适用于动态测量等优点，因此在工程测量、材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
通过深入理解其原理和特点，可以更好地发挥其在各个领域的应用价值。
双频激光干涉仪的简单操作
、组成图
电脑
、原理图1线性原理
2直线度
3角度
三、关于使用步骤
首先是连线，把双频激光干涉仪的各个组件通过线组装起来。
一共6 根线，缺一不可，另外要注意的空气传感器最好就E1735 的4# 接线口上，在E1736 上的接线口都有颜色，根据线的颜色来接。
激光头要预热10 分钟，在激光头上有指示灯，等灯亮了就说明激光头已经预热好了。
调光在激光头的支架上的上下左右调钮叫平动，激光头后边的上下左右的调节叫偏摆。
镜子与激光头近的时候调平动，机子与激光头远的时候调偏摆。
调好光之后用电脑测数据。
不管什么测量都是这样的过程，只是所用的镜组不一样，以及镜子的组合方式不一样。
调光的时候会用到标版，标版上有一个孔，标版旋转180 度，在这个孔的位置上有一个圈。
在调光的时候根据情况来放置标版，如果光需要通过就用孔在上半部分的方式放置标版.
四、镜组的清洗
镜组一般不要清洗，除非调光实在调不出来了。
用微风风机吹镜面，目的是把镜面上的铁屑吹掉，再用擦净纸沾无水乙醇一个方向擦拭，擦完纸就扔掉，不可重复使用，擦完再用微风风机吹干。
镜子上有层膜，铁屑划伤镜子会造成镜子的不能使用，这是镜子不要清洗的主要原因。
清洗也会对镜子上的那个镀膜造成不同程度的伤害。
五、技术指标
角度的测量范围是0~15 米
直线度的测量是分为两种，一种是0.1~3 米；一种是1~30米线性的测量范围是0~40 米。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光干涉仪 - 单频与双频激光干涉仪比较
单频的激光器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。
由于这一特点，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。
总之，双频激光干涉仪的优越性主要有以下几点：
1. 精度高双频激光干涉仪以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器。
即使不做细分也可达到μm 量级，细分后更可达到n m量级。
(安捷伦5530激光干涉仪线性精度能达到0.4PPM)
2. 应用范围广双频激光干涉仪除了可用于长度的精密测量外，测量角度、直线度、平面度、振动距离及速度等等，还可以分光进行多路测量。
3. 环境适应力强即使光强衰减90%，仍然可以得到有效的干涉信号。
由于这一特点，双频激光干涉仪既可在恒温、恒湿、防震的计量室内检定量块、量杆、刻尺、微分校准器和坐标测量机，也可以在普通的车间内为大型的机床的刻度进行标定。
激光干涉仪 - 双频激光干涉仪
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。
双频激光干涉仪
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。
另一部分透过折光镜沿原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。
双频激光干涉仪应用
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。