什么是多轴干涉仪（Multiple Axis Interferometer）？
发布时间：2023-02-20 08:00:00 阅读数： 212
多轴干涉仪是一种使用多束光进行测量的干涉仪。这些干涉仪测量两轴和三轴，可以提高精度，减少对准时间，并节省高性能多轴系统的空间。干涉仪的工作原理是将一束光分成两束或更多束，然后在重新组合之前沿着不同的路径移动。重组后的光束会产生一个干涉图案，通过分析可以确定光的某些属性，如其波长或相位。
多轴干涉仪，顾名思义，使用多束光，每束光沿不同的轴线行进，以进行测量。这允许比单轴干涉仪更准确和精确的测量。多轴干涉仪的构造可能相当复杂，需要使用精密的光学仪器，如镜子和分光镜，以及对准光束的复杂系统。该仪器还需要高度的稳定性，以确保长期的精确测量。
三轴干涉仪的原理图见图1。这种干涉仪是一种尖端倾斜干涉仪，其配置类似于迈克尔逊干涉仪。
图1：三轴干涉仪的基本布局
一个典型的三轴干涉仪设置包括一个光源、两个目标镜、一个参考镜、一个分束器和一个焦平面阵列（FPA）。光源和目标组件排列在一条直线上，参考镜位于与连接源镜和目标镜的直线成垂直角的位置。焦平面阵列放置在干涉仪的输出端。
三轴干涉仪的工作原理是利用三面镜子来控制光的路径并形成干涉图案。来自光源的光被分束器分割。其中一束光被引向目标组件，然后从目标镜面反射回来。来自分光器的另一束光到达参考镜，然后将光反射回分光器。两束反射光将在焦平面阵列上形成干涉图。通过分析干涉图，有可能获得被测物体的属性信息，如其表面形状或材料样品中存在的应力和应变。
干涉发生在目标镜和参考镜的返回信号之间。目标镜的反射面被安排成可以同时测量两个镜面的返回信号。每个目标镜的干涉条纹是由镜面的轻微倾斜产生的，干涉图案是用焦平面阵列测量的。通过测量干涉图案的空间频率和相位，可以计算出目标镜和参考分光镜之间的尖端倾斜度和活塞的变化。
获得的干涉模式或图像如图2所示。左边的图像是在两个目标镜错位且镜面之间有相对倾斜的情况下得到的。因此，两面镜子之间的条纹图案被改变，允许调整两面镜子的相对倾斜度，直到它们彼此平行，如右侧的图像所示。
图2：目标镜错位（左）和对位（右）时获得的图像
在两面镜子的尖端倾斜角对齐后，两个流苏图案的相对相位给出了镜子之间距离的测量。当镜子移动二分之一的激光波长时，流苏图案将变化一个周期。人们可以通过精确测量流苏图案的相位来准确确定距离。
有几种类型的多轴干涉仪，包括。
双轴干涉仪
三轴干涉仪
多轴干涉仪
倾斜分量干涉仪
倾斜光束干涉仪
六角形干涉仪
同心球体干涉仪
离轴干涉仪
每种类型的干涉仪都是为了测量特定的物理量，如表面轮廓、表面粗糙度、表面曲率等。所用的干涉仪类型取决于具体的应用和测量要求。
多轴干涉仪优势
多轴干涉仪的主要优势之一是它能够进行三维测量。通过使用三束沿相互正交轴传播的光束，多轴干涉仪可以在三维空间测量物体的位置、形状和尺寸。
这种干涉仪可以在多个角度进行测量。通过使用沿不同轴线传播的多束光，多轴干涉仪可以从多个角度测量同一物体，从而更全面地了解其特性。
多轴干涉仪应用
这种干涉仪在计量学等领域很有用，因为在这些领域中，物体的尺寸和形状的精确测量至关重要。它也被用于天文学，因为了解天体的特性需要从多个角度进行观察。多轴干涉仪在量子光学中也有应用。例如，马赫-詹德干涉仪，可以被看作是一种双轴干涉仪，是许多量子光学实验的基本工具，如量子密钥分配和量子计算。它们也被用于光谱学、显微镜和电信。
