激光干涉测长系统设计探讨与优化方案

"本文主要探讨了干涉测长系统设计中的一些关键问题，特别是关于‘闲区误差’的理论和实际应用。文章指出，‘闲区误差’的产生与干涉仪的结构参数紧密相关，因此在设计阶段需要考虑合理的布局和运动学设计。作者建议采用多程干涉仪或多光谱干步仪以提高测量精度和稳定性。文章分析了整体式、零初程差式和最短程差式的不同布局，并讨论了它们各自的优缺点。" 在干涉测长系统设计中，"闲区误差"是一个重要的概念，它是由全误差分布公式揭示的测量误差之一。这个误差的大小和方向与干涉仪的结构参数有直接关系。为了减少或消除"闲区误差"的影响，设计者需要在仪器结构设计上下功夫，包括选择合适的干涉仪结构形式和实现良好的总体布局。 整体式干涉仪（图1）常见于便携设备，但早期设计中将参考镜、分光镜、扩束器和激光管封装在一起可能导致性能下降，因为激光器的热量可能影响光程。后来的发展中，分光镜和参考镜被远程放置，如遥置式单频激光干涉仪（图2），这样可以避免激光器辐射热对测量臂的影响，同时允许根据测量需求调整光程，减少或消除"闲区误差"。 零初程差式布局（图3-a, b）是另一种策略，它通过确保测量臂和参考臂的初始相位差为零来消除"闲区误差"。这种方法在白光干涉仪中特别有效，因为它能提供稳定的示值而无"零漂"问题。然而，对于激光干涉仪，实现零初程差可能较为复杂，需要精细的调整和控制。 最短程差式布局（图6）是另一种考虑，它通常用于需要更精确测量的应用中。这种布局可以最大限度地减小由于光程差引起的误差，但可能需要更复杂的误差补偿机制。 文章还提出，采用多程干涉仪或多光谱干步仪可能是提高测量精度和稳定性的解决方案。多程干涉仪通过多次往返光程增加有效测量范围，而多光谱干步仪利用不同波长的光来增强测量能力，两者都能提供更高级别的误差管理和补偿。 设计干涉测长系统时，必须深入理解"闲区误差"的原理，并结合适当的布局和仪器类型来优化系统性能。这些设计决策对于实现高精度、高稳定性的长度测量至关重要。通过不断的技术创新和理论研究，干涉测长技术将继续在精密测量领域发挥重要作用。