干涉测量技术的原理、前沿突破与应用赋能

    干涉测量作为现代精密测量领域的核心技术之一，凭借其纳米级测量精度和广泛的适配性，在科研探索、工业生产、民生保障等多个领域发挥着不可替代的作用。近年来，我国在该领域的科研创新与技术应用持续取得突破，为相关行业发展注入强劲动力。本文将系统阐述干涉测量技术的核心原理、前沿科研成果、光源选型要求及优质产品支撑，展望其应用前景。

    一、前沿科研成果：从技术突破到场景落地
    （一）量子精密测量的原创性突破
    2025年11月，上海交通大学张卫平教授团队在《科学进展》（ScienceAdvances）期刊发表重要成果，成功研发“量子孪生干涉仪”。该仪器创新性采用双对纠缠光束并行配置，取代传统单光路设计，从根本上解决了光强不平衡这一核心技术难题，使相位测量信噪比提升1000倍，同时具备自动校正振动、温度波动带来的误差的能力。这一突破不仅大幅提升了干涉测量的精度与稳定性，更推动我国量子精密测量领域实现从“跟跑”向“原创引领”的跨越，其应用场景已覆盖自动驾驶导航、早期肿瘤探测、油气资源勘探等关键领域，为相关行业的技术升级提供了核心支撑。
    （二）建筑安全监测的针对性创新
    2025年8月，湖南大学“星眸守城”团队联合相关企业，将合成孔径雷达的干涉测量技术应用于长沙城市房屋建筑群安全风险筛查。超高层建筑易受温度变化影响产生伸缩变形，可能掩盖地基或结构本身的异常问题，给安全监测带来挑战。对此，团队创新性地在干涉相位模型中引入温度变量，有效消除了温度因素对测量结果的干扰，实现了对建筑结构异常的精准识别，为城市建筑安全保障提供了可靠的技术方案。

    二、核心原理与技术体系：精密测量的底层逻辑
    （一）测量对象与核心思想
    干涉测量的测量范围广泛，涵盖长度、位移、角度、平面平整度、微小形变、介质折射率、温度、压力、振动频率等多种物理量。其核心思想是“通过条纹变化反推被测对象的微小变化”，例如激光干涉仪能够捕捉纳米级位移，正是基于微小位移引发的干涉条纹可检测偏移效应。
    （二）干涉实现的关键条件与核心过程
    干涉测量的实现需满足三大核心条件：一是同源性，参与干涉的波需来自同一波源或相干波源，确保振动规律一致；二是同频性，各束波的振动频率相同，避免条纹快速移动导致无法稳定观测；三是相位差稳定，两束波的相位关系不随时间无规则变化，以保证条纹清晰可辨。
    其核心过程可分为三步：首先是波的拆分，将一束相干波（如激光）分为两束，一束作为传播路径不变的“参考波”，另一束作为照射被测对象、传播路径或相位会随被测对象变化的“探测波”；其次是波的叠加，让参考波与探测波再次相遇，同相时相互加强形成亮条纹，反相时相互抵消形成暗条纹，最终呈现明暗交替的干涉条纹；最后是物理量反推，被测对象的微小变化会导致探测波的相位或传播路径改变，进而引发干涉条纹的偏移、变形或间距变化，通过测量条纹变化量即可反向计算出被测物理量的具体数值。
    （三）条纹变化与测量的关联及典型仪器
    干涉条纹的变化量与被测物理量存在直接关联：探测波传播路径每变化半个波长，条纹就会偏移一个周期；介质折射率变化会改变波的传播速度，间接导致相位差变化，并反映在条纹明暗程度上。在各类干涉测量技术中，光学干涉测量应用最为广泛，迈克尔逊干涉仪、泰曼-格林干涉仪等是典型设备。以迈克尔逊干涉仪为例，其核心结构可概括为“光源→分束镜→（反射镜M1→分束镜）+（反射镜M2→分束镜）→探测器”，两束光在探测器处叠加形成干涉条纹，当反射镜M2移动时，光程差发生变化，条纹便会出现移动或明暗交替现象。

    三、光源选型：干涉测量的关键支撑
    光源的性能直接决定干涉测量的精度与稳定性，其中相干性和单色性是核心评价指标。
    （一）相干性要求
    相干性分为时间相干性和空间相干性。时间相干性方面，普通白光的相干长度仅为微米级，仅适用于牛顿环等短光程差场景；而激光（如氦氖激光）的相干长度可达数十米，部分固体激光器的相干长度更超过100米，是绝大多数精密干涉测量的首选。空间相干性方面，要求光源的发光面足够小，或通过光阑限制发光范围，以保证拆分后的两束波振动规律一致。扩展光源需搭配小孔光阑才能满足需求，而激光本身是高度定向的点光源，空间相干性极佳，无需额外复杂处理。
    （二）单色性要求
    单色性指光源发出光的波长单一程度，直接影响干涉条纹的清晰度和测量精度。波长越单一，干涉条纹的对比度越高，可避免多波长叠加导致的条纹重叠、模糊问题。普通复色光（如白光）仅能产生有限的彩色干涉条纹，无法满足精密测量需求；而激光、单色灯等单色光源波长固定，能形成稳定的明暗条纹，是精密干涉测量的必需光源。

    四、应用展望与总结
    干涉测量技术以其超高精度和广泛适配性，已成为推动科研创新与产业升级的关键技术支撑。从量子精密测量的原创突破到城市建筑安全的实际应用，从基础物理研究到民生保障领域，其应用边界持续拓展。而优质光源的研发与应用，为干涉测量技术的性能提升提供了核心硬件保障。
    未来，随着量子技术、激光技术的持续进步，干涉测量技术将在更多前沿领域实现突破，如更精密的医疗诊断、更可靠的自动驾驶、更高效的资源勘探等。为干涉仪测量技术的规模化应用赋能。在科研团队与企业的协同发力下，干涉测量技术必将在更多领域创造价值，为社会发展与科技进步提供更强有力的支撑。