激光平面干涉仪计量检测工作原理

激光平面干涉仪计量检测工作原理

激光平面干涉仪计量检测工作原理是评估光学元件平面度与表面质量的核心技术。该仪器利用激光作为单色相干光源，通过参考光路与测量光路的光程差形成干涉条纹，经光学系统放大后，依据条纹弯曲量与间距精确计算被测平面的微小起伏。计量检测时，将待测光学元件与标准参考镜组成干涉腔，通过分析干涉图样的形变特征，可测定平面度误差、平行度及表面粗糙度等关键参数。严格控制的计量检测流程能有效消除环境振动与空气湍流影响，确保测量结果溯源至国家基准，为精密光学加工与光学系统装调提供亚纳米级的定量分析依据。

激光平面干涉仪的计量检测工作原理基于光学干涉原理，通过分析干涉条纹的变化实现精密测量。其核心在于将激光束分为参考光和测量光，测量光经被测物体表面反射后与参考光叠加形成干涉条纹，通过检测条纹移动或形态变化来获取表面形貌或位移信息。 ‌

具体工作机制

1‌.分光与反射‌

激光器发出的光束经分束器分为两路：一路作为参考光照射在标准镜（固定），另一路作为测量光照射在被测平面（移动或变形）。 ‌

‌2.干涉条纹分析‌

当两束光相遇时形成干涉条纹，其形态或移动距离反映了被测表面的形状误差或材料均匀性。例如，若被测平面存在微小倾斜或不平整，会导致光程差变化，进而改变干涉图样。 ‌

‌3.信号转换与处理‌

通过光电探测器将光信号转换为电信号，经放大、整形后进行计数或计算位移量。例如，测量光与参考光的波长差可精确计算微小位移（如纳米级精度）。 ‌

4.应用场景

主要用于检测光学元件表面面形精度（如晶圆检测、机床校准），以及材料均匀性评估。其非接触式测量特性使其在半导体制造、引力波观测等领域广泛应用。 ‌

计量校正激光平面干涉仪

仪器的光路系统如图1所示。照明系统发出单色激光1，通过反射镜2、聚光镜及光阑4射人仪器内半透反光镜5，通过准直物镜1 2折射为平行光后，射向标准平晶13和被检平晶14，标准平晶1 3和被检平晶1 4反射回来的光重叠形成相干光束。

相干光反束射回经半反射镜5、反射镜6、转向镜组7及射入光阑8，通过观测物镜9成像在测微目镜的分划板1 0上，通过目镜组1 1可以看到干涉条纹及测量干涉条纹的弯曲及校准计量干涉条纹的间距。

激光平面干涉仪计量检测工作原理：

当一束给定波长久的单色平行光照射到由两个平面组成楔形角z很小的空气楔时，被两平面分别反射回来的两束相干光在相遇处存在一定的光程差，这个光程差△只与空气隙 的厚度^有关，厚度相同的地方，两束反射光的光程差相同，因此在同一条干涉条纹出现 的地方正是有空气隙厚度相同的地方所产生的反射光形成的，称之为“等厚干涉原理。

外校仪器等厚干涉条纹的形状决定于空气隙厚度相同的地方的轨迹。因此，根据干涉条纹的形确定平面度。

本文由测量仪器检定中心推出。