在光学制造、半导体光刻、精密机床检测、航空航天器件装配等高精尖领域，对长度、角度、直线度、平面度、垂直度等几何量的测量精度要求已达纳米甚至亚纳米级别。传统的机械量具和电子测长仪在此尺度下已无能为力。激光干涉仪正是以激光波长这把“天然标尺”为基准，通过光波的干涉原理，实现非接触、高精度、大范围几何量测量的顶级计量仪器。

一、核心原理：以光波长为尺，测量光程差

激光干涉仪的物理基础是光的干涉现象。当两束频率相同、相位差恒定的相干光（通常来自同一激光器）相遇时，它们会相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。条纹的移动与两束光的光程差变化直接相关。

1.核心光路：典型的迈克尔逊干涉仪构型是基础。激光器发出的光被分光镜分成两束：参考光束射向固定的参考镜；测量光束射向安装在运动部件上的测量反射镜。

2.干涉与计数：两束光被各自的反射镜反射回来，重新在分光镜汇合，发生干涉，产生的干涉条纹信号被光电探测器接收。当测量反射镜随被测目标移动时，测量光束的光程随之变化，导致与参考光束的光程差发生连续改变，干涉条纹便明暗交替地扫过探测器。

3.长度测量：探测器记录下干涉条纹明暗变化的周期数。每移动一个条纹周期，对应光程差变化一个激光波长（λ）。通过电子细分技术，可将一个条纹周期细分成数千份，从而实现纳米级甚至皮米级的分辨率。系统通过累计条纹变化量，计算出测量镜的精确位移。

二、强大功能：从一维长度到多维几何误差

现代激光干涉系统已发展出丰富的测量功能，核心是搭配不同的光学镜组：

1.线性测量：测量直线位移，是机床定位精度、丝杠螺距误差检测的基础。

2.角度测量：使用角度干涉镜，可测量俯仰角和偏摆角，用于评估机床转台、精密平台的角运动误差。

3.直线度与平面度测量：通过直线度干涉镜和平面度干涉镜，测量导轨的直线运动偏差或光学平台表面的平整度。

4.垂直度测量：通过组合测量，可确定机床各运动轴之间的垂直度误差。

5.振动与动态分析：高速采样测量动态位移，用于分析精密设备的微振动特性。

三、技术核心与系统构成

1.高稳定激光源：核心是稳频氦氖激光器，其波长（约632.8纳米）在真空中具有稳定性，是国际长度基准的传递者。近年来，外差干涉仪采用频率略有差异的两束光，产生拍频信号，抗环境干扰能力更强，动态范围更大，已成为应用主流。

2.精密光学镜组：包括线性干涉镜、角度镜、激光准直器等，其设计与装调精度直接影响测量不确定度。

3.环境补偿单元：空气的温度、压力、湿度变化会改变激光波长。必须配备环境传感器，实时监测并自动补偿，这是实现高精度长期测量的关键。

4.高速采集与软件：高性能数据采集卡实时记录干涉信号。功能强大的分析软件可控制测量流程、进行数据处理、生成误差曲线和补偿文件，并可按ISO、ASME等标准出具检测报告。

四、核心应用与战略价值

1.数控机床与坐标机的精度检定与补偿：是提升制造母机精度工具。通过激光干涉仪检测出的系统误差，可输入数控系统进行软件补偿，大幅提升加工精度。

2.半导体光刻机与精密定位平台校准：光刻机的套刻精度要求达到纳米级，其工作台定位必须由激光干涉仪进行实时、闭环反馈控制。

3.航空航天器件检测：惯性导航元件、卫星光学载荷的装配与检测，依赖激光干涉仪提供的超高精度基准。

4.计量科学：作为国家长度基准向下传递的标准装置，对量块、线纹尺等高等级量具进行校准。

结语

激光干涉仪，是光学、精密机械、电子技术和计算机科学高度融合的结晶。它将“米”的定义——光在真空中于1/299,792,458秒内行进的距离——转化为实验室和工厂中可实操的、纳米级的测量现实。具有溯源性的质量基石。从芯片上的电路到太空望远镜的镜片，其性能的背后，都离不开激光干涉仪这把微观世界的“标准之尺”的严格把关。