激光干涉仪学习

1. 干涉仪是神魔

一种测量仪器，机械设计上的这个度那个度都能测，包括但不限于：

• 物体位移，或者说是在某方向上物体距离。这也就是最简单的那种激光干涉仪，用来测机床定位精度啊 间隙之类的
  

• 转动角度，oi！听起来好像最简单的激光干涉仪干不了这事儿，那怎么弄的呢，参考这篇博客激光干涉仪角度检测机床加工精度所说的和画的：
  
  其实也还是简单的干涉原理，计算参考光和测量光的光程差（其实官方说法是相位差，但是不就体现为光程么），区别就是，此时参考光的光程也变了，和转动角度有关，是可计算的，唯一变量是转角，转角为0时，光程差是两个角度干涉镜之间的距离，也就是蓝色竖线a，设激光头的出射和入射孔间距为b，当转角为α时（逆时针为正的话），参考光光程变为原来的-(a+b)cos(α)/2，测量光光程变为原来的+(a+b)cos(α)/2，那光程差就变为(a+b)cos(α)，a和b都已知，干涉条纹数一下得到n，光的波长λ已知，容易得出转角α（不知道这对不对反正先这么理解吧）

• 直线度测量，让被测物体在干涉仪前面走一下，得到干涉仪到物体上每个点的距离，就得到了直线度

• 平行度和垂直度测量，两个方向共两组干涉仪，原理和直线度一样

• 平面度测量，面的对角上两个干涉仪

• 回转精度测量，干涉仪盯着转轴的母线上任意一点，测出一圈的距离，即可求出回转精度

• 位移，速度，加速度，振幅……一切运动量的测量

2. 差分干涉仪

刚刚讲的干涉仪，它的参考镜是内置的，所以上面的a是固定不变的，也叫零差干涉仪，这种干涉仪更适合短距离、结构简单的情况。那长距离复杂情况怎么办呢，比如有机械振动、温度湿度气流气压影响导致物体产生相对位置偏移？这时候就要用到差分干涉仪，也就是外差干涉仪，顾名思义，这里把参考镜放在外面，而不是在干涉仪里面固定不动，这样参考光也会产生光程变化，这种干涉仪就可以抵抗复杂结构导致的各种偏移，获得更高精度的测量结果。
具体的图可以看这个：
啊啊啊啊我怎么找不到现成的图，蒜了，图等我有空了画吧……其实上面的角度测量就是一种差分干涉仪，也就是测量镜在外面，测量光的光程会变，甚至入射角度会变，光的波长也会变（但是这个波长变化往往是有波长跟踪器在跟着的，所以是已知量），进行一个差分计算，求得所需变化量
（我还不知道咋差分）
（今天先写到这2025.4.7）

3. 干涉仪的系统校准

3.1 影响激光干涉仪的条件

• 温度。温度会导致物体尺寸发生变化，热胀冷缩啊，局部温度变化也会导致形变之类的直接导致光路长度变化；还会影响介质折射率，而实际波长与真空波长的关系为：
  $${\lambda }_{air}=\frac{{\lambda }_{vacuum}}{n}$$
  其中空气折射率n随温度变化（由Edlén公式可知），温度升高，空气（或其他介质比如反射镜分光镜之类的）密度降低，折射率减小，空气中的激光波长增加，进而影响光程差。局部温度不均匀还会导致光路发生偏转，导致几遍，降低干涉条纹的对比度

• 湿度。高湿度可能导致光学元件表面吸附水分，影响激光的传播和反射。因此，环境湿度应保持在 40%-60%的范围内。可通过除湿设备或通风系统来控制湿度。

• 气压。气压变化也会导致介质折射率变化，进而影响光程

• 振动和空气紊流（湍流）。机械振动或空气湍流会导致干涉条纹抖动，影响信号稳定性

• 光路对准。没对准，激光光束和运动轴未同轴的话会有余弦误差导致测量值偏小，而光学镜组安装高度偏离被测物体时，会产生阿贝误差，导致测出误差放大

• 光学元件和激光发射器。激光频率不稳定会引入波长误差，需要波长跟踪器来实时监测波长，并用一些技术来稳定频率（比如热稳频技术）、表面污染、安装不当等都会导致光路偏移、条纹对比度下降，要定期清洁校准

• 机械振动。应该就是说干涉仪的位置发生变化了，需要结合干涉仪数据，用误差补偿软件进行修正

3.2 校准和补偿方法

• 系统校准方法

  • 的的的（还没找到）

• 软件补偿

  • 利用误差模型自动生成修正方案。温度-位移函数、角度补偿算法等
    （今天先写到这2025.4.8）