激光干涉的精密测量技术

激光是一种单色光波，它的波动频率恒定，波动方向恒定，极易产生干涉现象，利用激光的干涉现象，人们做出了很多应用，特别是在精密测量方面较为突出。

一、激光的干涉现象

人们通常能看见光，是因为光的漫反射；激光是单色光，人们在空气中能够看见激光，也是因为它与空气中的微粒作用产生漫反射的原因。

激光与普通光不一样，是单色光，是某物质的电子能量跃迁产生的，所以它的振动频率很单一，波动方向也恒定，是干涉光波。

什么是激光的干涉现象？用一个干涉实验来说明。下面图中的一束激光，经过两个小孔得到两个同样性质的光，于是它们在传播过程中叠加了，有的地方振动始终加强，某些地方的震动始终减弱，而且振动强度有着稳定的空间分布。在固定位置接收到的光强按一定规律作强弱交替变化，形成激光的干涉条纹。

根据光学，2束光要产生干涉现象是有条件的：

①这两束光的频率比较接近；②它们的相位有一定的差异（这可以通过光束的路径长短来调节）；③这两束光尽可能平行地叠加。满足这3个条件的光称为“相干光”。对于激光来说，很容易满足“相干性”条件，激光是“相干光”。

二、激光干涉的应用

1、测量某个激光束的波长和频率

把一束激光用分光镜分成两路，这两路光是频率相同的，调整两路光的行程差（只是激光波长的一半，很微小），使得这两路光有相位差；它们平行叠加时就产生干涉现象。

我们把这种激光设想为正弦波，如下图，当2个频率相同且相差1/4个波长的正弦波叠加时，振幅有的地方变强了（这对应着光的强度变大了，亮些），有的地方变弱了（这对应着光的强度减弱了，暗些）；所以，2个亮条纹中心之间的距离表示该激光的1/2个“波长”；只要在1米长的范围内计算有多少个亮条纹，就可以知道此激光的“波长”是多少，从而知道它的“频率”是多少了。

2、检测平整度是否有微小差异

如下图所示，两个透明玻璃条的一端夹着纸片，两块玻璃构成一个劈尖，二个表面间形成一层空气薄膜，然后用单色激光从劈尖上方垂直照射，于是下层玻璃的上表面会反射激光，入射光和反射光就会产生干涉现象。现在来观察条纹形状；若干涉条纹是均匀的、平行等间隔的直条纹，则说明两个玻璃片是平行的；若干涉条纹呈现弯曲，则从条纹变异的情况可以推知待测表面偏离平面的情况；还可以测出夹角，测出纸片厚度。