激光干涉仪技术

　　激光干涉仪通常采取迈克尔逊干涉仪形式，由于反射器的作用，直接接收的脉冲当量为λ/2(约0.3μm)，对于精密测量来说，显然是不够的。如何提高激光干涉仪系统的分辨率是激光干涉仪中的重要技术，有多种激光干涉仪的细分方法，概括起来为光学细分和电子细分两大类。

激光干涉仪的光学细分方法

　　所谓激光干涉仪的光学细分方法是指利用动臂光路的多次反射而实现的细分方法，细分数是光束在动臂中往返次数的2倍。如在迈克尔逊干涉仪中，光束在动臂中往返1次，实现了光学2细分，分辩率为λ/2。

激光干涉仪的电子细分方法

　　光学细分是以牺牲激光干涉仪的测量速度为代价的，光学细分数即激光干涉仪测量速度降低的倍数，在HP系统中使用HP10716A高分辩率激光干涉仪的测量速度由700mm/sec(HP5529A)降到175mm/sec，此外光学细分的结构也过于复杂，难以实现高倍细分，因此电子细分是激光干涉仪的主要细分方法。

　　单频激光干涉仪电子细分：

　　在单频激光干涉仪中，光电接收器接收的2个相位差90°是电子细分和辨向的基础，将这二个信号整形、反向后，用取沿口的办法可直接得到4细分的信号(A/8)。对于高倍细分，一般采用微机细分的方法，将正弦和余弦信号经A/D转换为数字量，利用正弦信号的符号、余弦信号的符号和正弦信号与余弦信号的相对大小这样三个判断条件，将一个干涉信号的周期分为8个45°的区间，软件首先判断即时干涉信号所属的区间，然后将正弦和余弦信号相除，得到正切或余切值，以此值查表(反正切表或反余切表)，得到此时的干涉信号相位值，达到细分目的。若按11.25°间隔制表，可达到32细分，在标准的迈克尔逊干涉仪中，分辩率达到10nm。

　　声光频移的双频激光干涉仪电子细分：

　　基于声光频移的双频激光干涉仪在测量过程中，测量方波的上升沿连续采样三角波，并经A/D转换为数字量，一套附加电路判断三角波的上升或下降沿，并以此校正采样值，相邻二次采样值之差即为由于动镜移动造成的相位差，当相位差累计到360°时对应一个完整的干涉信号，即标准的迈克尔逊干涉仪中，动镜移动A/2。整个过程实际是一个对多普勒频移的积分过程。

　　这种激光干涉仪方法的细分数为2^n-1，n为A/D转换器的位数。在使用8位A/D转换器时，系统的分辩率可达1.2nm。

　　塞曼效应的双频激光干涉仪电子细分：

　　在基于塞曼效应的双频激光干涉仪中，频差是不稳定的，难以实现对参考信号的积分处理，通常采用锁相倍频的细分方法，不管输入频率/如何变化，输出频率总是保持输入频率的N倍即Nf，当输出频率偏离此关系时，输出频率经N分频，反馈到鉴相器，与输入频率比较后的相位差经滤波器到压控振荡器输入端，控制压控振荡器的输出频率，从而保证其输出与输入的比例关系。

　　测量信号和参考信号经锁相倍频后的频率为N×[(f2-f1)+Δf]和N×(f2-f1)的两列脉冲，为便于后续电路的处理，用一高频信号将2列脉冲同步，使脉冲处于完全重合或者完全错开的状态，然后经过一个高速异或门逻辑电路实现此两列脉冲的相减，得到表征动镜位移的当量脉冲。

　　这种激光干涉仪细分处理方法完全是由硬件完成的，输出的当量脉冲与实际位移之间只有硬件延迟，所以可以在闭环位置控制系统中作为测量元件，实现实时控制。

激光干涉仪其他细分方法

　　激光干涉仪的细分方法还有很多，例如在单频激光干涉仪中，可以用电阻链细分方法;在基于声光频移的双频激光干涉仪中，可以将测量信号与频差信号，测量信号与移相90°的频差信号分别混频，得到相位差为90°的两路信号，然后按单频激光干涉仪的细分方法处理。在基于塞曼效应的双频激光干涉仪中，可以采用测量剩余相位的方法实现细分等，利用两个相互垂直偏振光相干，其干涉信号为一个旋转的线偏振光的特点实现细分，在国内亦有大量的研究，并取得很好的效果。