尺子对计量行业十分重要，按照种类可分为卷尺、卡尺、机械尺;各类尺子精度各不相同，根据需要可选择不同的尺子。

　　激光的出现对计量的发展具有重大意义，它具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点，以其作为“眼睛”的激光干涉仪这把尺子具有精度高、误差小、灵敏度高、灵活性强等优势，不仅能够测量厚度、距离等，还能衡量材料内部的光学均匀性、折射率、表面平整度等更精密的参数。激光干涉仪还可以配合各种折射镜、反射镜等来做线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作。

　　一、激光干涉仪的发展历程

　　17世纪后半叶，Boyle和Hooke观察到了光线的干涉现象，1801年，Thomas Young通过著名杨氏双缝实验正式实现了干涉现象的人为控制，其中的原理在1896年由Rayleigh利用设计改造成为了瑞利干涉仪。

　　1852年，Fizeau研究了使用干涉法测定固体膨胀系数和球直径的方法，设计了感应线圈、干涉谱仪和膨胀计等仪器，这就是斐索干涉仪的前身。

　　1887年Michelson和Morley为了研究以太是否存在，使用光波长作尺子刻度，最终否定了以太的存在。他们的研究利用了光的干涉现象，这是迈克尔逊光学干涉仪的灵感诞生之始。

　　1916年，Twyman在迈克尔逊干涉仪的基础上加以设计修改，利用光的等厚干涉原理，发明了泰曼干涉仪。

　　1960年，Maiman研制成功第一台红宝石激光器，从此，激光干涉测量被广泛地用于长度、角度、微观形貌、转速、光谱等领域，并和微电子技术、计算机技术集成，成为现代干涉仪。

　　1961年，研究人员发明了氦氖激光器，开始用氦氖激光器作为光学干涉仪的光源，从而促进了激光干涉仪的诞生和进一步发展。

　　1982年，G·Binning和Rohere研制成功扫描隧道显微镜，1986年发明原子力显微镜，1986年获得诺贝尔奖，从此开始了干涉仪向纳米、亚纳米分辨率和精度前进的新时代。

　　二、平面激光干涉仪的原理

　　激光干涉仪有单频和双频两种，其中单频干涉仪在20世纪60年代中期出现，最初用于检定基准线纹尺，后又用于在计量室中精密测长;双频激光干涉仪1970年出现，适宜在车间中使用，但双频激光干涉仪用的激光器需要附加技术使其产生双频(两个频率)。

　　历史上，双频激光干涉仪测量位移的速度不及单频激光干涉仪，单频干涉仪能做的双频激光干涉仪都能做，双频干涉仪能做的单频干涉仪不见得能做，如光刻机双频激光干涉仪独占市场，但由于历史、技术和商业原因，两种干涉仪都有着广泛应用。自从发明了双折射-塞曼双频激光器，双频激光干涉仪的测量速度也达到每秒几米，达到了单频激光器的速度。现在干涉仪的指标：最小可感知1 nm(十亿分之1 m)，可以测量百米长的零件，且测量70 m长的导轨误差仅为几微米。

　　不同激光干涉仪的主要特点如下：

　　在上述干涉仪中，迈克尔逊干涉仪和斐索干涉仪是最常用的，以下就这两种干涉仪进行对比。

　　2.1 斐索平面干涉仪和迈克尔逊干涉仪的主要区别

　　斐索平面干涉仪和迈克尔逊干涉仪的区别主要是其测量原理的不同。

　　斐索平面干涉仪的光路原理如上图所示，激光发射器发出的光经过参考薄膜入射到测试薄膜表面，来自测试平面的光与离它很近的参考平面之间反射的光线具有相干性，参考平面的上表面和下表面之间并不平行，确保上表面的反光不参与干涉条纹的形成。成像系统将参考平面和待检测平面的反光发生的干涉条纹接收并导入探测器分析，条纹形状和间隔等信息即可提供待测平面的缺陷信息。

　　迈克尔逊干涉仪属于双光束干涉仪，顾名思义，仪器中包括两条光路：一束光被光学分束器(例如一面半透半反镜)反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器，之后透射过分束器被光检测器接收;另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜，之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。由于两束光路之间存在光程差，在光路中还要再加上一块补偿板消除光程差。

　　由此可见，斐索平面干涉仪是共光路干涉，参考光和传感光是沿着同一条光路行进的，受到的干扰也一样，具有误差更小、测量更精准的优点。迈克尔逊干涉仪是分光路干涉，两支光路会受到不同的外界干扰(如机械振动、温度起伏等)，致使干涉条纹不稳定，甚至严重影响测量。

　　2.2 平面干涉仪的具体应用

　　激光干涉仪的应用本质上都是测量中讲的“位移”或“位移”的延伸和转化。平面干涉仪多用于光学元件的面型、光学镜头的波面像差以及光学材料均匀性等的测量。

　　测量光学元件表面形貌时，光束直径要覆盖被测零件，从而确保整个零件表面形成干涉条纹，从条纹的亮度(即相位)算出表面的形貌。测量光学玻璃均匀性时，需要从结果中减去被测样品前表面、后表面、标准镜和参考镜的影响，除以被测样品的长度，即可得到单位长度上折射率变化的分布。

　　许多领域中都会用到平面干涉仪，如光学工厂、各类机床、三坐标测量机、机器人、3D打印设备、自动化设备、线性位移平台、精密机械设备、精密检测仪器等，一个最轰动的应用就是2016年美国LIGO激光干涉仪实验室宣称直接测量到了引力波，使用的便是激光干涉仪。该激光干涉仪单程臂长4 km，见下图。

　　三、平面激光干涉仪的问题与未来发展

　　3.1 硬件技术卡脖子的问题

　　多年来，国内外在激光干涉仪方面进步不大，尤其是氦氖激光器作为激光干涉仪当下乃至未来很长时间内最好的光源，其制造工艺等是个卡脖子的技术难题，漏气的特点导致使用寿命有限，会带来巨大经济损失，如光刻机替换寿命终结的氦氖激光器停机，但氦氖激光器的制造工艺等是个系统性技术问题，需要全面改善，特别是国外几家双频激光干涉仪供应商使用的激光器都是自产自用，不对外销售，因此，我们必须自己解决问题，通过自主研发取得突破。

　　3.2 非线性误差

　　长期以来，业界认为单频干涉仪没有非线性误差，事实上，德国联邦物理技术研究院(PTB)经严格测试发现，单频干涉仪也存在几纳米的非线性误差，甚至大于10 nm。因此，需要尽快根据各国计量院给出的非线性误差结果建立统一的标准。

　　3.3 平面激光干涉仪未来发展方向

　　平面激光干涉仪未来的发展和改良方向：高测速、皮米级、溯源、降低成本、提高氦氖激光器寿命等。