激光干涉仪的发展历程及应用前景

国际金属加工网 2017年03月27日

激光干涉仪是激光的应用之一,它以激光波长为已知长度,利用迈克尔逊干涉系统测量位移的通用长度测量。激光干涉仪除了可以用来测量长度以外,如果配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作,可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。

1960年,Maiman研制成功第一台红宝石激光器,从此,激光干涉测量被广泛地用于长度、角度、微观形貌、转速、光谱等领域,并和微电子技术、计算机技术集成,成为现代干涉仪。

1982年,G·Binning和Rohere研制成功扫描隧道显微镜,1986年发明原子力显微镜,1986年获得诺贝尔奖,从此开始了干涉仪向纳米、亚纳米分辨率和精度前进的新时代。

由于激光具有极好的时间相干性,因此,据此研发了多种激光干涉仪,包括单频激光干涉仪、双频干涉仪、半导体激光干涉仪、法布里-珀罗干涉仪、X射线干涉仪等。

激光干涉仪是激光在计量领域中最成功的应用之一,利用光的干涉实现测量,具有非接触、无损检测的特点,在不同领域都有极为广泛的应用,如利用F-P干涉仪和半导体激光二极管测量大型精密离心静态臂长;利用电子散斑干涉技术实现物体表面微小形变的非接触式测量、李永干涉合成孔径雷达实现对地表变形进行测量;利用相干梯度敏感干涉测量技术对静态断裂现象的测量;利用非共面多光束干涉可以在空间形成二维或三维周期性强度分布,从而被用来制作二维或三维光子晶体;利用全息干涉技术可用于位移及形变测量、应变与应力分析、缺陷或损伤探测、振动模式可视化及测量、晶体和蛋白质生长过程监测、流体中密度场和热对流场的观察与测量、以及光学材料与器件的参数测量等。

本文简要介绍一下激光干涉仪在如下几个领域的应用情况。

1. 位移传感器

激光干涉仪在位移传感器检定中的应用已成为一大发展趋势,其特点是测量精度快、反应速度快、易于数字化测量。在测量中设计一个精密导轨,将反射镜同被测传感器放在一起同步检测,从而形成对比,位移传感器自动检定系统与HP干涉仪对定位移进行测试对比,得出往复测试实验结果。

2. 数控机床检定中的应用

随着数控机床应用的普及,采用激光干涉仪对数控机床进行定位精度检测已经成为目前公认的高效、高精度的检测方法。激光干涉仪可用于精密机床、大规模集成电路加工设备等在线位置测量、误差修正和控制,其中双频激光干涉仪应用最多。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,位置精度是机床的重要指标,目前各国机床检定标准中都推荐使用激光干涉仪。双频激光干涉仪在机床中的应用是其它传统测量手段难以实现和替代的。

未来,激光干涉仪可从光源、探测器、信号处理系统、光学系统等方面进行发展,从测量数据的可靠性、精确性,以及测量仪器的便携性等,不断改善激光干涉仪的各项性能。

美国自动精密工程公司API XD激光干涉仪为机床校准带来前所未有的高效率,全新系统设计能满足顾客更高的要求,这款产品,可以测量线性、直线度、俯仰角、偏摆角、滚动角,可在两小时内就能检测出一台三轴机床的所有几何误差,具有同类产品无法比拟的高效性、高便携性及多功能的特点。


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