在本文中，我們(men) 介紹了目前國際上常用的激光幹涉相關(guan) 技術，詳細法布裏珀羅諧振腔原理，並以頻率掃描幹涉法(FSI)為(wei) 例分析目前發展現狀。
激光幹涉儀(yi) 是如何測量位移的？
激光幹涉儀(yi) 是一種廣泛国产成人在线观看免费网站於(yu) 科學研究、工業(ye) 製造和精密測量領域的儀(yi) 器。在科學研究領域，激光幹涉儀(yi) 廣泛国产成人在线观看免费网站於(yu) 物理學、化學和生物學等多個(ge) 學科，為(wei) 研究人員提供了強大的工具。在工業(ye) 製造中，激光幹涉儀(yi) 在精密加工、質量控製和自動化生產(chan) 中發揮著關(guan) 鍵作用。激光幹涉儀(yi) 的基本原理是利用激光的幹涉效應進行測量和分析。在國際上，有多種常用的激光幹涉儀(yi) 技術，如邁克爾遜幹涉儀(yi) 、法布裏-珀羅幹涉儀(yi) 和雅各比幹涉儀(yi) 等。
法布裏-珀羅幹涉儀(yi) 是一種常用的幹涉儀(yi) ，其為(wei) 基於(yu) 光學諧振腔原理的幹涉儀(yi) 器。核心是由兩(liang) 平行的反射鏡構成的腔體(ti) ，其中的激光通過多次反射形成諧振，從(cong) 而形成幹涉條紋。該技術在光譜分析、精密測量和光學傳(chuan) 感等領域得到廣泛国产成人在线观看免费网站。
圖1 法布裏-珀羅幹涉儀(yi) 原理圖
圖2 幹涉條紋
從(cong) 圖1中我們(men) 可以看到，麵光源置於(yu) 透鏡L1焦平麵處，使得不同方向的光束平行射入幹涉儀(yi) ，在P1，P2相向的表麵鍍有高反膜，因此光束可以在P1，P2平麵鏡中作來回多次的反射，透射的平行光在通過透鏡L2匯聚在其焦平麵上形成如圖2所示的同心原型的幹涉條紋。
法布裏-珀羅幹涉儀(yi) 的原理為(wei) 多光束幹涉原理。
圖3 多光束幹涉原理示意圖
由圖3我們(men) 可以看出，一束振幅為(wei) A0的光束以入射角θ0入射，經過多次反射與(yu) 投射，透射出相互平行的光束。設高反膜的反射率為(wei) 
，因此可得第1束透射光的振幅為(wei) 
，後續依次為(wei) 
由等傾(qing) 幹涉可得，相鄰的透射光束的光程差為(wei) ：
由此引起的相位差為(wei) ：
若第1束透射光的初相位為(wei) 零，因此各光束的相位依次為(wei) 
透射光的振動可以用複數進行表示：
我們(men) 計算其和振動，其中利用了等比求和公式：
其中
因此可得：
求合振動強度時，針對分式項需要用到他與(yu) 共軛複數的乘積：
因此合振幅的平方為(wei) ：
其中 
稱為(wei) 艾裏函數，
稱為(wei) 精細度，體(ti) 現出幹涉條紋的精細程度。
當P為(wei) 固定值時，A2與(yu) 
相關(guan) 。當
時為(wei) zui大，
時為(wei) zui小。因此越大時，可P見度越顯著。
圖4 不同精細度的艾裏函數圖
目前，激光幹涉儀(yi) 技術正處於(yu) 不斷創新和發展的階段。隨著激光技術、光學器件和信號處理技術的不斷進步，激光幹涉儀(yi) 在精密測量、光學成像和光學通信等領域展現出更高的性能和国产成人在线观看免费网站潛力。激光幹涉儀(yi) 為(wei) 了提高測量位移的精確度與(yu) 穩定性，涉及到激光光源的選擇與(yu) 頻率穩定、測距原理、相位解調、空氣折射率補償(chang) 等多方麵方法和技術的綜合国产成人在线观看免费网站，國內(nei) 外的研究現狀根據測距的基本原理可分為(wei) 飛行時間法和幹涉法兩(liang) 大類。飛行時間法主要根據根據時間間隔的測量原理，通過直接或間接的方法測量發射脈衝(chong) 與(yu) 接受脈衝(chong) 的時間間隔，進而計算目標距離。
幹涉法量主要包括多波長幹涉法、色散幹涉法、雙光梳幹涉法與(yu) 頻率掃描幹涉法。
多波長幹涉法測量距離的原理基於(yu) 不同波長光在光程差發生變化時引起的幹涉現象。這個(ge) 方法利用了不同波長光的相位變化關(guan) 係，通過觀察幹涉條紋的移動來確定測量目標的距離。這種方法在測距国产成人在线观看免费网站中具有高精度和靈敏度，尤其在需要非接觸和高精度的測量場景下。通過利用不同波長光的特性，多波長幹涉法可以實現對目標距離的精確測量。
雙光梳幹涉法是一種使用兩(liang) 個(ge) 頻率非常穩定的光梳來實現高精度測距的方法。這種方法通過比較兩(liang) 個(ge) 光梳之間的頻率差異，從(cong) 而測量目標的距離。通過觀察和分析這些幹涉條紋的模式，可以確定兩(liang) 個(ge) 光梳之間的頻率差異。由於(yu) 頻率差與(yu) 目標距離有直接關(guan) 係，因此可以通過測量頻率差來計算目標的距離。
本文將主要介紹頻率掃描幹涉法。頻率掃描幹涉法（FSI）也稱波長掃描幹涉法，是通過激光在已知波長範圍內(nei) 連續掃描，並在掃描過程中對幹涉條紋進行無模糊計數實現絕對距離測量的，是真正的絕對、單步的距離測量方法。
圖5 頻率掃描幹涉示意圖
頻率掃描幹涉法利用頻率掃描激光分束後，測量兩(liang) 個(ge) 幹涉儀(yi) 的光程差的比值。如果兩(liang) 個(ge) 幹涉儀(yi) 中的一個(ge) 的光程差是已知的，則可以確定第二幹涉儀(yi) 的光程差。具有已知光程差的幹涉儀(yi) 則被稱為(wei) 參考幹涉儀(yi) ，並且具有假設在長時間內(nei) 恒定的光程差。光程差未知的幹涉儀(yi) 被稱為(wei) 測量幹涉儀(yi) ，並且假設其光程差也被假設為(wei) 在掃描期間恒定。
斐索幹涉儀(yi) 具有零長度參考臂，因此光程差是幹涉儀(yi) 光學長度的兩(liang) 倍（圖3中標記為(wei) LR和Lm）。接下來的討論均關(guan) 於(yu) 的光學長度而不是光程差。激光器將其頻率從(cong) 起始頻率(νt0)掃描到結束頻率(νtn)，並記錄兩(liang) 個(ge) 幹涉儀(yi) 輸出強度。幹涉儀(yi) 的輸出強度隨激光頻率和參考幹涉儀(yi) 產(chan) 生的正弦函數的絕對相位呈正弦變化，由下式給出：
其中Φabs, ti, R是參考幹涉儀(yi) 在時間ti的絕對相位，LR是參考幹涉計的長度，νti是激光在時間ti時的頻率，c是光速。通過掃描開始與(yu) 掃描結束的時間，計算出相對相位：
其中Φ ti, R是在時間ti時參考幹涉儀(yi) 提取的相位，而νt0是掃描開始時的頻率。測量幹涉儀(yi) 的提取相位同樣由下式給出：
其中Φ ti, M是在時間ti時測量幹涉儀(yi) 提取的相位，LM是測量幹涉儀(yi) 的長度。上二式中的提取相位的比率等於(yu) 長度的比率：
因此，如果測量幹涉儀(yi) 和參考幹涉儀(yi) 的長度在掃描期間是恒定的，並且參考幹涉儀(yi) 長度是已知的，則可以確定測量幹涉儀(yi) 長度。而當測量幹涉儀(yi) 在空氣中工作時，需要根據空氣折射率的影響對測量長度進行校正真實的光學長度。
昊量光電代理的德國quTools国产黄色在线观看出品的皮米級精度激光幹涉儀(yi) ，就基於(yu) 頻率掃描幹涉原理進行相對位移測量。通過快速波長掃描，波長掃描速度遠大於(yu) 被測物位移速度，並添加了飽和氣室，通過氣體(ti) 吸收線精細控製波長，信號穩定性可達<50 pm，分辨率1 pm，可同時進行三通道測量，0—1400mm的工作距離，準直傳(chuan) 感頭的工作距離可達5m。
圖6 quDIS激光幹涉儀(yi) 實物圖
圖7 quDIS激光幹涉儀(yi) 原理示意圖
此外，根據您的需求，我們(men) 還提供了不同型號的傳(chuan) 感頭，可以国产成人在线观看免费网站於(yu) 不同需求的測試。quDIS為(wei) 常規情況下的使用提供準直傳(chuan) 感頭、定焦傳(chuan) 感頭、可調焦聚焦傳(chuan) 感頭、測角度組合傳(chuan) 感頭和邁克爾遜傳(chuan) 感頭等，同時根據具體(ti) 的需要以及惡劣環境下的国产成人在线观看免费网站，也設計了響應的特殊傳(chuan) 感頭。
圖8 部分傳(chuan) 感器型號與(yu) 參數
另外，針對在空氣環境下測量時，環境中溫度、濕度、壓強的影響都會(hui) 導致空氣折射率產(chan) 生變化，zui終影響到相對位移的測量。我們(men) 還提供了環境測量補償(chang) 模塊，可以實時進行環境的溫度、濕度、壓強的測量，並實時計算出環境的空氣折射率，用於(yu) 補償(chang) 相對位移測量。
圖9 環境補償(chang) 模塊參數
綜上，我們(men) 以FP幹涉儀(yi) 出發，介紹了現今幹涉儀(yi) 的基本原理，並介紹了我們(men) 的quDIS激光幹涉儀(yi) ，若對国产欧美在线有興(xing) 趣，請聯係我們(men) 。
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相關(guan) 文獻：
[1] Dale J, Hughes B, Lancaster AJ, Lewis AJ, Reichold AJ, Warden MS. Multi-channel absolute distance measurement system with sub ppm-accuracy and 20 m range using frequency scanning interferometry and gas absorption cells.[J] Opt Express. 2014 OCT 6;22(20):24869-93.
[2] 張世華.基於(yu) 飛秒光頻梳的正弦相位調製幹涉絕對距離測量方法研究[D].浙江理工大學, 2018.
[3] 姚啟鈞.光學教程[M].北京: 高等教育出版社, 1981
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