柯式干涉仪改进方案

虽然这种传统的柯氏干涉仪能够实现一等量块的测量，但在实际应用中也存在一些问题：

（1）使用低照度、短相干长度的光源，限制了干涉仪的测量范围和测量不确定度，光源波长频率稳定度变差会影响其时间相干性，降低干涉图对比度，使得测量精度降低。

（2）基于人眼对正弦光强的主观判读，干涉条纹小数的判读不客观并且修正计算需依赖于有经验操作人员，导致测量精度不高。

（3）测试过程读数为人工判读，劳动强度较大，且不能满足高效率、成批量量块检测的要求。

由于上述这些问题，有很多计量机构已经对柯氏干涉仪的结构与相应的计算方式进行了改进。改进的方面主要包括以下几点：

（1）光源。原有柯氏干涉仪的氪灯时间相干性较差，干涉条纹的对比度差，发光强度也很低，用肉眼读数难度比较大，很难判读条纹带来的不确定度。改用稳频激光作光源后，可以解决上述问题，这也是提高系统测量不确定度的基础。(www.xing528.com)

（2）计算方法。改变以往小数重合法小数部分获取的方法，通过自动获取小数部分的方法改善读取精度。

（3）读数系统。干涉条纹的读数系统采用CCD 采集图像来判别读数，代替用眼睛读数，避免了读数的人为误差，大大提高了读数效率，最终测量不确定度得到提高，劳动强度下降，这也是系统改造的关键。

图3.3所示是由上海计量院在传统柯氏干涉仪的基础上，针对实际测量过程存在的问题进行改造后的柯氏干涉仪系统框图。

图3.3　改造后的柯氏干涉仪系统框图

由上海计量院改造的柯氏干涉仪，其光源部分改用了稳频激光作为光源及优质准直扩束系统，引入了磁致旋光效应的光隔离器，消除了回光对稳频系统的影响，得到清晰稳定的干涉条纹。新型的柯氏干涉仪采用两个稳频、单色性好的He-Ne 激光器，λ1=0.632 991 426 193 μm，λ2=0.543 515 201 μm，其真空波长值的相对不确定度为3 ×10-8，极大地提升了干涉图亮度和对比度，同时也提升了量块测量范围。改造后的柯式干涉仪也进行了采集光路方面的改进，由He-Ne 激光器发出激光经过旋转的毛玻璃，经过准直系统扩束平行入射到分光镜上，一路入射到参考反射镜上，另一路入射到量块平晶组合体上，最后在分光镜后表面形成干涉条纹，CCD 放置在干涉仪出瞳位置。CCD 把连续的二维光强信号转变成离散的数字信号，经USB 数据线传入电脑实时显示。干涉条纹采用了CCD 数字化采样、记录、分析，减少了传统目视系统中人为因素的影响，极大地增强了空间和相位分辨能力，测试过程自动方便。