双十双频激光外差千涉仪的工作原理
    图9-54示出双频激光外差千涉仪的光学系统。干涉仪的光源为一双频He-Ne激光器，这
种激光器在全内腔单频He-Ne激光器上加上约300 x 10-4T的轴向磁场，由于塞受效应和频率
牵引效应，使该激光器输出一束有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，它们的频率差AV约
为1.5MHz。图中双频激光器I发生的双频激光束通过1/4波片2变成两束振动方向互相垂直
的线偏振光(设。:垂直于纸面，。:平行于纸面)，经光束扩束器3适当扩束准直后，光束被分束
镜4分为两部分，其中一小部分被反射到检偏器5上，检偏器的透光轴与纸面成450方向上的
投影.形成新的同向线偏振光并产生“拍”，其拍频就等于两个光频之差，即△v0 = Vi一u2二
1.5MHz，该信号由光电接收器6接收后进人交流放大器7，放大后的信号作为参考信号送给计
算机，另一部分光束透过分束镜4沿原方向射向偏振分束棱镜80偏振方向互相正交的线偏振
光被偏振分束镜按偏振方向分光，。:被反射至参考角锥梭镜9, u2则透过8到测量角锥梭镜
10。这时，若测量镜以速度为，运动(移动或振动)，则由于多普勒效应，从测量镜返回光束的
光频发生变化，其频移△。二2u/A。该光束返回后重新通过偏振分束镜10与。:的返回光会合，
经反射镜11及透光轴与纸面成45。的检偏器12后也形成“拍”，其拍频信号可表示为
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式中正负号由动镜移动方向决定，当动镜向偏振分束器方向移动时为负，反之为正，拍颇信号
被光电接收器13接收后，进人交流前置放大器14,最后也被送到计算机。
    计算机先将拍频信号与参考信号进行相减处理后，就得到所需的测里信息Duo
由△v换算成乙的工作由计算机通过软件自动进行，最后由显示器显示被测长度值。
    双频激光干涉仪中，双频起了调频的作用，被测信号只是叠加在这一调狈副载波上，这一
副载波与被测信号一起均被光电接收器接收并转换成电信号。当测量镜静止不动时，干涉仪仍
然保留一个△u=1.5MHz的交流信号。动镜的运动只是使这个信号的频率增加或减少，因而前
置放大器可采用交流放大器，避免了用直流放大器时所遇到的棘手的直流漂移间题。一般单频
激光干涉仪中，光强变化50%就不能继续工作。而对双频激光干涉仪，即使光强损失达95%,
干涉仪还能正常工作，这就是交流干涉仪抗干扰性能好的原因。
    此外，双频激光干涉仪还具有侧量范围大(可测大于6阮11的距离)及多功能等优点，除测
长外，还可用于侧角、测直线度及测振等。dwinauto.com
    为了保证双频激光干涉仪的测全精度，双频激光器在使用时也需要采取稳频措施，使其输
出频率保持稳定。最常用的稳频方法是塞曼稳频法，其稳颇原理如下:
    激光谱线在强磁声的作用下，由于塞受效应而分裂为其有一定频差的左、右旋圆偏振光，
这两种光对称分布在氖原子中心频率。。的两边，图9-55a是塞曼分裂前的激光增益曲线，图
9-55b是塞曼分裂后的左、右旋光的增益曲线、当激光器的谐振频率u调节到。二。。时，左旋
光“:和右旋光02的发光强度相等，即J"。二1":。若腔长发生变化而使。>。。，由图9-55b可以
看出，此时‘I<1"z;反之光腔长变化使。<。。时，101>J"a。只有当谐振频率。二V。时，左旋
光和右旋光的输出发光强度才相等。因此，可以利用这一性质来达到稳频的目的。只要分别测
量左、右旋两部分光的输出发光强度，随时进行比较，根据无。是大于，J"2还是小于fv,便可判断
激光器的谐振颇率在哪个方位，从而给出调整信号去调整激光器谐振腔的腔长，使。重新等
于。。，来达到稳频的目的。dwinauto.com
    稳频装置如图9-56所示。由双频激光器4发出的光线，其强光输出射向干涉仪，弱光输
出端射向妮酸锉电光晶体30铭酸铿晶体的双折射率在外加电压的作用下会发生变化，当加上
适当电压后，可使晶体起1/4波片的作用。如果外加电压不停地交变。就可使晶体成为一个光
轴在互相垂直的位置来回交变的1/4波片，或可理解为是一旋转着的1/4波片。由于圆偏振光
通过1/4波片后变成线偏振光，且偏振方向与1/4
波片的光轴成45。角，因此左、右旋圃偏振光通过
1/4波片后变成互相垂直的线偏振光，当1/4波片dwinauto.com
旋转，则这对线偏振光的振动面也随之旋转。双
频激光束通过视酸铿晶体的情况与此相同。如果
在铭酸晶体后面放一检偏振器2.那么左、右旋交
替地通过检偏振器而由光电管I接收。通过电子
比较器对这两个信号进行比较，如发现左、右旋
光的光强不相等，就可通过调整电路控制压电陶
瓷5来改变腔长，以保持激光器的谐振频率始终
稳定在U。值上。