激光外差干涉儀相位計的設計

樂燕芬，李霄夏，句愛松

激光外差干涉儀相位計的設計

樂燕芬，李霄夏，句愛松

（上海理工大學光電信息與計算機工程學院，上海200093）

外差信號的比相處理是決定外差干涉儀精度、分辨率等性能的重要因素。為了解決比相計的分辨率和檢測速度之間的矛盾，采用比相方法進行了測量原理、應用特點及局限性的理論分析，給出了相應的解決方案。結果表明，基于現場可編程門陣列的整周期采樣可以提高自相關方法的測量精度，混頻過零檢測方法可以提高測量速度。

測量與計量；外差干涉；比相計；相位測量

引 言

激光外差干涉是在干涉測量的基礎上，于20世紀60年代開始提出。由于干涉時使測量光與參考光產生一個微小頻率差Δω，使得干涉信號成為頻率為Δω的正弦信號。通過檢測不同點此正弦信號的相位即可測得物體表面的形狀、位置偏移等。由于其測量分辨率高、準確度高及非接觸等特點，使激光外差技術在需要高精度檢測的微加工、微制造領域獲得了廣泛的應用。

激光外差的高精度測量主要取決于兩個因素：（1）外差干涉系統光路的設計；（2）比相計的相位檢測精度。在完成光學系統設計后，比相計的精度決定了系統的測量精度。隨著工業制造加工領域對檢測速度和檢測精度要求的不斷提高，如何在高速實時測量的同時，實現高精度相位測量成為設計外差干涉相位計面臨的新挑戰。本文中對近年來常用的相位計設計方法進行了介紹并分析其設計要點。……