基于外差干涉的微振動測量技術研究

劉 丹，鄭 賓，2，郭華玲，2，劉 輝，劉乃強

（1.中北大學 信息與通信工程學院，山西 太原030051；2.中北大學 電子測試技術重點實驗室，山西 太原030051）

引言

激光外差干涉技術因具有測量速度快、非接觸、測量精度高等優點，廣泛用于微弱振動信號的檢測。目前美國ZYGO公司研制的激光干涉儀采用傳統Michelson干涉儀原理，在單光路中利用聲光調制法獲得雙頻，分辨率可達0.31nm［1］。隨著超精密檢測技術的發展，對激光外差干涉儀的測量精度提出了更高的要求［2］。大量實驗研究表明外差系統的實用性主要受其穩定性和環境噪聲的影響。此外，頻移裝置的頻率漂移將引起干涉信號的不穩定［3］，雜散光會導致光路噪聲大，降低系統的信噪比，影響干涉效率［4］。本文旨在對傳統外差干涉微振動測量光路進行改進，提高系統的測量精度。

1 外差干涉原理

圖1 外差干涉光路示意圖Fig.1 Scheme of heterodyne interferometer

傳統外差干涉光路如圖1所示，激光器發出激光進入聲光調制器AOM產生移頻，從AOM出射的光被分成了兩束［5］，一束為參考光，其頻率為ωl，經M1和M3反射，進入分束器M4。另一束光經M2反射，經過分束器M4入射到貼有反射鏡的樣品上，作為信號光，其頻率為ωs，信號光反射回M4，最終與參考光同時進入光電探測器產生干涉信號［6］。光電探測器輸出含有相位調制的電流信號，其表達式為［7］

由（2）式可以看出，光電探測器的輸出電流由3部分組成，包括直流成分和相位調制的交流成分，其中直流項可以從測量中去除，而相位調制信號可經過調相解調后得到u（t）［8］?！?br>