锁相技术在双频激光干涉仪中的36倍频应用

"锁相36倍频技术在1980年的研究中被应用于提升双频激光干涉仪的测量精度和分辨率，通过锁相环路对多普勒频差进行倍频处理，解决了宽同步带和信号频率限制的问题。" 在1980年的《清华大学学报》上，一篇自然科学论文探讨了如何利用锁相环路技术来提高双频激光干涉仪的性能。锁相36倍频是一种方法，通过这种方法可以将多普勒频差 \( f_D \) 提升到6倍甚至36倍，从而显著增强干涉仪的测量精确度和分辨能力。这一技术对于需要高灵敏度的测长、测角度、测直线度以及测空气折射率的应用尤其重要。 双频激光干涉仪通常利用两个不同频率的激光 \( f_1 \) 和 \( f_2 \) 产生的干涉信号来测量微小变化。多普勒频差 \( f_D \) 是由被测物体的相对运动产生的，其值为 \( f_1 - f_2 \)。在传统的干涉仪中，\( f_D \) 的变化直接影响测量精度。论文提出，通过锁相倍频电路，可以将 \( f_D \) 倍增，进而提高测量敏感度。 6倍频的过程可以通过以下方式实现：测量信号的频率 \( (f_1 - f_2) + f_D \) 乘以6，参考信号的频率 \( (f_1 - f_2) \) 乘以5，然后两信号相减，得到的新测量信号 \( (f_1 - f_2) + 6f_D \) 保持了原始的 \( (f_1 - f_2) \) 而将 \( f_D \) 提升了6倍，这样无需改变后续电路的工作频率就能提高测量精度。 为实现36倍频，论文提出了使用两级六倍频器的方案，如图2所示。这样的设计能够确保在不增加整体系统复杂性的情况下，有效扩大锁相环路的同步带宽，同时避免信号频率过高导致与后续电路的兼容性问题。 关键在于设计能够实现6倍频的 \( x_6 \) 和 \( x_5 \) 电路，它们基于锁相技术，能够稳定地对多普勒频差进行倍频，同时保持整个系统的稳定性。这项技术的成功实施对于双频激光干涉仪的性能提升具有重大意义，使得测量范围和精度得到了显著提升，特别是在精密测量领域，如微米级别的直线度测量和亚秒级别的角度测量，以及对空气折射率的精确探测。