激光干涉仪的分类

　　由于激光具有极好的时间相干性，其相干距离可以达到数公里，所以自激光问世以来，以激光为光源的激光干涉仪一直被人们所关注，其应用范围不断扩展，激光干涉仪技术也不断发展，出现了各种形式的激光干涉仪。

单频激光干涉仪

　　单频激光干涉仪是Z早出现的激光干涉仪系统，但是由于直流漂移的影响，多用于实验室的专用设备中，在相当时期内没有推广到现场使用。

　　下图是一种带有补偿的单频激光干涉仪，线偏振光通过1/4波片Q1成为圆偏振光，在偏振分光器PBS的分光面上分解为P、S二个分量，在动镜M移动时，P光产生多普勒频移Δf，S光频率不变，2束光返回后经1/4波片Q2成为带有干涉信息的旋转线偏振光，为检偏器，其光轴方向依次相差45°，干涉信号由光电接收器接受并输入到运算放大器。

　　D1、D2、D3接受的三路信号相位依次为0°、90°、180°，它们对应的光程是完全一致的，有效地补偿了由于测量距离过长引起的信号衰减和各类干扰。

　　单频激光干涉仪的测量速度在原理上没有限制，主要取决于放大器的带宽和电子器件的速度。

　　用于单频激光干涉仪的稳频方法主要有Lamb凹陷法和双纵模稳频法，Lamb凹陷法根据由于增益介质的增益饱和，使激光器的输出在zhong心频率处出现凹陷的特点，利用压电陶瓷来控制腔长，这种方法多用于使用环境较好的系统;双纵模稳频法利用控制激光输出的二个纵模强度来控制腔长，由于模式竞争，二个输出纵模取相互垂直的偏振状态，yi制其中一个偏振，从而得到单频激光，是目前常用的单频稳频方法。

基于塞曼效应的双频激光干涉仪

　　双频激光干涉仪属外差式激光干涉仪。

　　全内腔激光器置于磁场中，Ne原子的能级发生塞曼分裂，当磁场轴向放置时，激光器的输出为具有一定频差的两个方向相反的圆偏振光，而在磁场横向放置时，激光器的输出为具有一定频差的两个偏振方向相互垂直的线偏振光，以这样的光源构成的双频激光干涉仪原理如下图，光电探测器D1接受的是频差信号(f2-f1)，作为参考信号;光电探测器D2接受的信号频率是[(f2-f1)+Δf]。这二个信号在信号处理系统中的减法器S相减，得到Δf值。

　　由于双频激光干涉仪是交流系统，具有优异的系统增益和抗干扰能力，不存在直流漂移，所以从1970年HP公司推出diyi台基于纵向塞曼效应的双频激光干涉仪后，在相当时期内，这种系统垄断了激光干涉仪市场。

　　外差式激光干涉议的测量速度受到两束光的频差大小限制，根据前述的多普勒效应方程式可得到：Δf≈3.3V。

　　在塞曼效应的激光器中，频差高到一定程度，模牵引效应消失，频差也消失。这也是基于塞曼效应效的双频激光干涉议的测量速度难以提高的原因。一般，横向塞曼效应产生激光频差一般在几百kHz以内，纵向塞曼效应产生的激光频差可以达到3.4〜4MHz。

双纵模激光干涉仪

　　激光器输出的纵模间隔为：ΔVL=C/(2nL0)，式中C为光速，n为激光器腔内折射率，L0为激光器的腔长。

　　选择激光器腔长，使其在多普勒带宽之内主要有二个纵模输出，可得到高频差的双频激光，例如选择腔长220mm，可得到频差为680MHz的双频激光。

　　双纵模激光干涉仪采用等强度的稳频方法，由于频差大，原理上可以达到极高的测量速度，但是高频差也使光电接受、信号处理更为困难。激光干涉仪是以波长作为测量基准的，大频差造成的两束光的波长差别是不能忽略的，可以计算，在频差为680MHz时，可以引起的误差。因此必须确认产生多普勒频移的激光波长作为测量的基准。也由于此，双纵模激光干涉仪也难以应用在角度测量，直线度测量这样的利用差动原理的测量项目。

基于声光频移的双频激光干涉仪

　　下图为基于声光移频的双频激光干涉仪的激光头简图，双纵模稳频的激光器输出激光，由检偏器Pyi制一个纵模输出，线偏振的单频激光以Bragg角θ入射到声光频移器，衍射的0级输出保持原频率f1和原方向，1级输出偏转一个(-θ)角，并产生频移，频移后的频率变为f2，此频移(f2-f1)是声光偏转器中的声波频率，也即由晶体振荡器产生的驱动频率。0级光和1级光经过一个双折射棱镜各自按照偏振方向分离，通过一个孔栏A得到了同轴的，具有频差(f2-f1)的，偏振方向相互垂直的双频激光。

　　声光频移基于Bragg衍射，为保证激光经多个声波波前反射后实现多光束相干，必需保证:dλ>>Λ2，式中d为声光介质厚度，λ为输入激光波长，Λ为声波波长。

　　从式中可见，由于存在声光介质厚度d，声波频率不可能过低，也即由声光频移产生的双频激光的频差不可能过低，一般在几十MHz到几百MHz，这样对系统的硬件速度又提出了更高的要求。

　　采用声光移频技术，可以使激光干涉议的光学系统大大简化，如2束光的频差取决于电路中的晶体振荡器，可以直接在电路中得到，与外差式激光干涉议相比，可以省去一套参考信号的接受光路。此外，由于这样的系统不存在激光干涉仪的定臂，难以用一个激光头来实现角度和直线度测量。