激光干涉仪是利用光干涉现象实现纳米级位移与距离测量的精密仪器。如今，它们广泛应用于半导体制造、精密运动控制、天文学及引力波观测等多个领域。
本文阐述激光干涉仪的工作原理、结构构成及应用实例，并结合我司产品“A0020A激光线宽测量系统”、“A0040A光学噪声分析仪”、“A0070A光频分析仪”展示高精度激光测量的应用案例。
目录
什么是激光干涉仪？
激光干涉仪是通过分析波长高度匹配的两束激光束叠加产生的“干涉图样”，实现位移等物理量测量的装置。该干涉图样的状态与光波长度直接对应，可检测纳米级位移等极微小变化。其典型结构采用将同一激光束分束后再重合的方案。
激光干涉仪的历史与发展
干涉仪的起源可追溯至19世纪。其发展始于阿尔伯特·迈克尔逊在19世纪发明的迈克尔逊干涉仪——这种最常见的光学干涉测量仪器。迈克尔逊与爱德华·莫雷运用该干涉仪开展著名的迈克尔逊-莫雷实验（1887年），证实光速在所有惯性参考系中恒定不变，从而推翻了以太理论。
随着半导体激光器和光纤激光器成为主流光源，激光波长稳定性显著提升，使测量精度与可重复性实现飞跃性增长。近年来，激光干涉仪被应用于美国LIGO等引力波探测器，进一步拓展了光学干涉技术的应用领域。
参考文献：
理解干涉仪原理与方程
激光干涉仪的测量原理
干涉仪通过参考光与反射光之间路径差产生的相位差，计算物体的位移或距离。由于该相位差表现为波长的整数倍或分数倍，光的波长成为精度的基准。因此，所用激光器的波长与稳定性对干涉仪精度影响显著。
相位差与波长计算公式
相位差源于光波传播距离的差异，决定着干涉仪的测量精度。相位差Δφ由波长λ与路径差ΔL共同决定，计算公式如下：
Δφ = (2π / λ) × ΔL
此处Δφ单位为弧度，λ为光波波长，ΔL为两光路间路径差。该公式可实现目标物位移量的高精度推导。
然而要精确推导位移量，激光波长稳定性、反射率及光束直线度等多重因素亦会影响结果，故需妥善管控这些变量。
实现高精度测量的关键因素
要实现高精度测量，必须尽可能消除外部环境影响。例如温度变化、振动、光路介质折射率变化以及光学元件反射率差异都可能影响测量结果。通过设计和环境管理最大限度地减少此类外扰，是保障稳定高精度测量的关键。
激光干涉仪系统配置
典型的激光干涉仪系统由激光光源、光分束器、反射镜及光电探测器组成。其工作原理是使反射光发生干涉，通过光电探测器捕捉变化，并经信号处理实现量化。
干涉仪主要部件功能如下：
- 激光源：产生波长稳定的激光
- 光分束器：将激光光束分束或合束为两条光路
- 反射镜：通过反射激光光束设定光路方向
- 光电探测器：将干涉后的激光光束转换为电信号
激光干涉仪的应用与优势
应用领域
激光干涉仪可实现纳米级位移检测，广泛应用于高精度定位与微加工领域。其非接触特性和高响应速度也使其成为设备反馈控制与运动控制的理想选择。
应用领域涵盖半导体制造设备的台架定位控制、光通信器件的模块检测、天文望远镜的镜面校准等多元场景。
此外，通过固定干涉仪距离，可检测激光光频或相位的波动。在采用光相位调制的通信系统中，干涉仪发挥着关键作用。
与其他测量系统的差异
相较于接触式测量、飞行时间测量、电位移传感器及基于摄像头的测量等多种方法，激光干涉仪作为测量手段，普遍被认可具有高分辨率、良好的重复性和稳定性。
在需要检测位置或距离微小变化的工艺中，激光干涉仪尤其适用于实现高精度测量。其兼容性强，可与整体设备控制系统中的测量系统无缝对接，应用范围广泛。
激光干涉仪制造商及相关产品
国内外主要激光干涉仪研发供应商包括SYCATUS、ZYGO、Renishaw（雷尼绍）、Keyence（基恩士）和Keysight（是德科技），各品牌产品均具备独特特性。
SYCATUS “激光线宽测量系统”
SYCATUS提供先进技术，实现精密光学测量。
SYCATUS的A0020A激光线宽测量系统采用传统延迟干涉仪方法评估激光线宽。该测量对光通信激光器的开发、制造及质量控制至关重要。
此外，A0040A光噪声分析仪是运用专用干涉仪将激光线宽转化为光频噪声功率谱密度的先进测量系统。
而A0070A光频分析仪则采用与A0040A相同的干涉仪，突破性地实现了对激光器光频调制的实时测量——如同示波器般沿时间轴捕捉调制信号，广泛应用于FMCW激光雷达等领域。
这些产品通过与高灵敏度、低噪声的光学仪器及是德科技信号分析仪组合使用，可轻松实现高精度测量。
产品页面：
相关专栏：光测量基础： 什么是 “激光线宽”？
ZYGO “激光干涉仪”
ZYGO作为精密光学测量的先驱，尤其以其光学镀层厚度测量能力著称。
ZYGO激光干涉仪可满足行业最严苛的测量需求，应用领域涵盖半导体与光刻技术、卫星成像系统、尖端消费电子产品、国防红外（IR）与热成像系统以及眼科医疗设备。
ZYGO提供全面的干涉仪产品组合，包括专为评估中频空间频率特性而开发的最高分辨率干涉仪。产品线还涵盖适用于制造领域的经济型设备及针对恶劣环境优化的专用装置。
产品页面： レーザー干渉計｜ZYGO
Renishaw（雷尼绍）“RLE光纤激光器”
雷尼绍是工程与科学技术领域的全球领先企业，专注于高精度测量技术与医疗健康领域。
雷尼绍提供多样化的干涉式激光编码器，服务客户涵盖大型航空航天中心至高精度半导体行业的OEM设备制造商。例如，雷尼绍RLE光纤激光器是尖端零差拍激光干涉仪系统，由雷尼绍自主研发，专用于定位反馈。
参考资料：
Keyence（基恩士）“激光位移传感器”
基恩士是一家综合性的工厂自动化（FA）设备制造商。自1974年创立以来，该公司持续创造新价值。如今，其高附加值产品——包括FA传感器——广泛应用于汽车、半导体、电子、电气设备、通信、机械、化工、制药及食品等众多行业。基恩士在全球46个国家设有250个据点，为全球35万家企业的生产现场提供支持。
基恩士1D激光位移传感器主要分为两种类型：一种采用“共焦法”，发射与接收光束同轴；另一种采用“三角法”，发射光与反射光接收光路形成三角构型。用户可根据应用场景、工件材质及安装距离，选择最适合测量高度、厚度、宽度等尺寸的激光位移传感器。
公司及产品页面：
Keysight（是德科技）“激光干涉仪及校准系统”
是德科技是全球领先的激光干涉仪与激光校准系统、先进电子测量系统、高精度光学元件、复合单片光学器件（CMO）及光电系统的研发制造商，致力于满足最严苛的测量应用需求。
其激光干涉仪与激光校准系统具备以下优势：
- 覆盖宽动态范围的高精度测量
- 多自由度位置测量能力
- 提供空气中系统与真空系统最高精度解决方案
参考资料：Laser Interferometers and Calibration Systems | Keysight Technologies
[案例研究] SYCATUS产品实现高精度测量成果
1. A0020A 激光线宽测量系统
SYCATUS的A0020A激光线宽测量系统是一款简便精确的激光二极管线宽测量设备。配合是德科技信号分析仪使用，可实现便捷稳定的测量。
主要特性
- 激光线宽测量频率可达40kHz
- 支持C/L波段宽波长范围
- 干涉仪与光电探测器集成于单一外壳
客户案例研究
通信半导体激光器制造商：“激光质量控制的理想之选”
我们通过线宽测量实施激光芯片质量控制。A0020A激光线宽测量系统实现稳定便捷的测量，显著提升了质量控制流程的效率与可靠性。
2. A0040A 光学噪声分析仪
A0040A光噪声分析仪是业内首款用于评估激光器光频噪声谱密度的解决方案。
可分析数字相干传输系统和CPO中激光器的1/f噪声、白噪声及洛伦兹线宽，并能检测ITLA或ELSFP开发所需的抖动和电磁干扰产生的杂散噪声。测量过程简单、稳定且快速，无需参考激光源或频率调谐。
主要特性
- 以功率谱密度形式测量光频噪声
- 分析1/f噪声、白噪声及洛伦兹线宽
- 标准模式下1 MHz频率下灵敏度达0.006 Hz²/Hz，高灵敏度模式下达0.0006 Hz²/Hz
- 具备与A0020A相同的传统延迟自外差干涉仪功能
客户案例研究
数字相干收发器制造商：“通过设计改进精确捕捉电磁干扰效应并显著抑制噪声”
我们意识到电子电路产生的电磁干扰影响线宽性能，但具体成因尚不明确。
通过运用A0040A的线宽谱分析功能，我们成功定位EMI源并优化电路设计与实现方案。这使我们既能保持窄线宽特性，又缩短了产品上市周期。
结论：理解高精度激光干涉仪测量原理，实现最佳产品应用
激光干涉仪作为卓越的技术，能够以高精度、非接触方式测量微小位移和距离。其多样化的应用场景与技术演进预计将持续拓展。
在光通信与光传感领域，采用SYCATUS激光干涉仪技术测量仪器——如“A0020A激光线宽测量系统”、“A0040A光噪声分析仪”及“A0070A光频分析仪”——可显著提升测量可靠性与设计效率。
欢迎垂询产品详情
作为光通信与光传感领域光学测量的先驱，SYCATUS二十余年来持续提供软硬件一体化测量系统。
我们将继续向全球输出基于专业技术、独特理念与精准度研发的创新光学测量技术。
同时提供专业咨询服务，解答各类光测量技术疑问及系统设备实施相关问题。
我们的专业团队将协助您解决各类光测量相关难题。
