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激光干涉测量技术

时间：2011-12-31 22:27:01  来源： 打印本文

激光干涉测量技术

2005/12/29/9:37    测量在工业中是不可缺少的，如长度的测量，位移的测量，速度的测量等等。不同的应用，要求的测量精度不同，因而需要用不同的手段去实现。以长度或位移的测量为例，当测量精度要求为毫米量级时，用普通米尺就足够了，而卡尺的测量精度则可达到百分之一毫米，最大量程为几十厘米。对较大尺度进行更精密的测量，特别是，对快速运动物体的位置或位移进行实时测量，传统方法就有些力不从心了。而激光则为精密测量提供了最强有力的工具。

    日本计量研究所与东京精密仪器公司组成的联合研究组，推出一种测定三维运动物体位置的方法，系统包括4台干涉仪，所用光源为波长632.8纳米的氦-氖激光器，被测物体上装有光的反射体。在该研究组进行的一次实验中，高2米的机器人手臂以50厘米每秒的速度运动，系统对其臂端反射体的位置进行了测量，测量精度达到1微米。

    迄今大多数精确测量位移的干涉仪都以稳定的激光源为基础，以确保其具有足够的相干长度，而整套系统的价格也相当昂贵。据报导，耶路撒冷的一家以色列公司最近发明一项专利，以未采取特殊稳定措施的氦-氖激光器的固有稳定性为基础，研制出一种廉价而精密的位移测量系统。据称，其性能与相对昂贵和复杂的稳定激光干涉仪位移计相似，在1米的距离上测量精度达到0.3微米。

    激光干涉仪最令人感兴趣的应用之一也许是对引力波的测定。爱因斯坦曾推测，诸如星体爆炸，黑洞撞击和宇宙“最初”的大碰撞之类的强烈天文事件可能形成引力波。但由于这种波如果存在的话也非常弱，因此，几十年来从未能探测到，也无法确定其是否存在。

    随着激光技术的发展，激光干涉精密测量的灵敏度空前提高，人们重新对此发生了浓厚兴趣。据最近报导，德国和英国正在德国汉诺威附近建立一个称为GEO600的系统，试图对引力波进行探测。参与该系统研究工作的有来自德国和美国的许多研究小组，如德国的汉诺威大学、加欣的马普量子光学研究所和波茨坦的爱因斯坦研究所，以及英国的格拉斯哥大学和威尔士大学研究小组等。总计1050万美元的投资由德国马普学会和大众汽车基金会以及英国的粒子物理学和天文学研究委员会提供。

    据透露，GEO600预期在所测长度上能探测到的变化可小至单个原子核直径的几分之一。这个灵敏度相当于地球到银河系中心的距离上20厘米的变化；或者说，在绕地球10圈的距离上，只要有一个原子直径长度的变化就可以探测到！这是多么令人不可思议的名副其实的“天文数字”！

    据悉，在此之前世界上已有一些类似的装置，如美国汉福德和里维斯顿的两个系统，意大利比萨系统及日本的一个系统。GEO600是这些系统的补充，如果在至少4处探测成功，则引力波源的位置也可确定。

    引力波的首次测量将是物理学的重大事件，而它在现实中的意义是使天文学家们可以洞察宇宙中发生的过程。有趣的是，激光产生的基础是80年前爱因斯坦的天才预言——受激辐射跃迁。而今天，人们又在借助激光试图验证这位天才学者的另一预言（我们暂且不称这一预言也是天才的，但它一旦被证实，定然无愧于这一称号）。