声光移频和声光调制、外差干涉、激光时间相干性、迈克尔逊干涉
GCS-LHIM 激光外差干涉测量微小位移实验
激光外差干涉（Laser Heterodyne Interferometer）测量技术作为一种先进的非接触式测量方法，以其高精度、高灵敏度和良好的抗干扰能力而受到广泛关注。该技术基于激光外差干涉原理，通过测量激光干涉信号的相位变化来获取被测物体的微小位移信息。与其他测量方法相比，激光外差干涉测量技术具有更高的测量精度和更宽的测量范围，同时能够实现实时监测和动态测量。这种精密测量在材料科学、机械工程、光学工程以及生物医学等领域有广泛应用。
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♦ 知识点
声光移频和声光调制、外差干涉、激光时间相干性、迈克尔逊干涉
♦ 涉及课程
工程光学、近代物理
♦ 实验内容
• 了解外差干涉测量微小位移原理和声光移频器的光学特性；
• 掌握干涉光路调节技巧，获取外差干涉信号；
• 掌握相位变化与位移之间的关系，计算微小位移，分析实验结果并思考误差来源。
♦ 实验原理
本实验利用激光器、声光移频器产生两束固定频差的激光，双频激光通过干涉光路获得干涉外差拍频信号。整个系统有两路干涉，一路作为参考信号，另外一路作为测量信号。在测量光路中通过压电陶瓷控制干涉臂的微小移动，从而引起测量干涉光路的相位变化。实验中可以通过测量信号与参考信号的相位差来计算压电陶瓷的真实移动距离。因为探测器对光强变化引起的直流电平变化不敏感，所以外差干涉测量系统抗干扰能力强，常用于高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。
♦ 原理示意图
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♦ 效果图
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| 图1 外差信号探测图 |
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| 图2 相位随位移的变化曲线 |
♦ 技术指标
• HeNe激光器：中心波长632.8nm；功率≥2mW，TEM00，安全双开关（钥匙保护开关、船型开关），安全保护高压插头；
• 分光棱镜组件：工作波长632.8nm，外形尺寸25.4×25.4mm，分光比1:1，数量5个；
• 声光移频器：声光材料TiO2，工作波长633nm，工作频率 80-100MHz，功率调节0-1W，衍射效率不小于30％，静态透过率 不小于90%，数量2个；
• 反射镜组件：K9基底，表面镀高反铝膜，Φ25.4mm，R>95%，数量3个；
• 压电反射镜：包含控制电源，电电压范围0-60V，表面镀高反铝膜，Φ25.4mm，R>95%，微小移动距离0-1μm；
• 光电探测器：探测器类型Si，波长范围400-700nm，测量带宽≥10Mhz，探测面直径0.5mm响应度＞25A/W@（λ=800nm），供电电压12V；
• 光阑组件：Ф2-29mm可调；数量不小于3个；
• 白屏组件：表面喷塑哑光设计100×100mm，最小刻度1mm。
♦ 设备成套性
氦氖激光器、声光晶体调制器、棱镜分光器、光电探测器、分光光楔、白屏，反射镜组件
♦ 必备设备
光学平台、示波器
♦ 建议课时
4课时
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