什么是动态干涉测量技术？突破传统测量限制，实现高精度抗扰检测

    在工业检测、光学器件研发及太空望远镜等高端光学装备测试领域，干涉测量法是实现高精度光学参数检测的核心技术，但工厂车间、工业洁净室的复杂环境，大口径反射镜测试的机械隔离难题，长光路引发的空气湍流，以及低温真空室的振动失控等问题，长期制约着传统干涉测量法的应用落地。为解决上述痛点，动态干涉测量技术应运而生，凭借超高速、高分辨率、强抗扰性的技术特性，突破了传统干涉测量的环境与技术限制，成为光学测量领域的重要技术革新方向。

    传统标准相移干涉仪（PSI）是光学测量中应用较为广泛的设备，其工作原理为在信号光束与参考光束间引入已知相位差，通过记录随时间变化的连续干涉图完成测量。但受设备硬件性能限制，多数商用PSI系统的数据采集速度较慢，典型5帧算法完成一次完整数据集采集需167毫秒，远无法匹配机械振动的变化速度。振动不仅会在曝光期间模糊条纹信号，还会导致曝光间隙的条纹图案发生显著变化，进而产生被称为“透印”的余弦型误差，直接影响测量精度。为减少透印误差，行业内普遍采用长时间采集更多数据帧的方式，衍生出4帧、8帧、13帧甚至20帧等多种算法，但该方法受相移器相位变化量的性能限制，仅能在低振动环境下发挥作用，在强振动场景中完全失效，难以满足复杂工业环境与高端光学测试的高精度测量需求。

    为解决快速变化信号下的测量难题，瞬时干涉测量法成为早期技术探索方向，为动态干涉测量技术的发展奠定了基础。1984年，同步相位偏移干涉仪（SPSI）的概念被首次提出，该设备通过多台独立相机与偏振分束器精准对齐，实现单次30毫秒曝光内采集计算光学相位所需的全部数据，从根本上消除了信号在相位变化间发生改变的可能性。但SPSI存在严苛的技术要求，需保证多相机在全图像范围内的亚像素级机械对齐，对设备的分辨率与稳定性要求极高，限制了其规模化应用。上世纪90年代初，首款实用的商业型即时干涉仪蔡司Direct100推出，该设备采用改进的Fizeau结构与空间载波相位调制技术，可在数毫秒内完成数据获取，显著提升了设备的抗振动能力，成为瞬时干涉测量法的成熟应用成果，也为后续动态干涉测量技术的研发提供了技术参考。

    动态干涉测量法在瞬时干涉测量法的技术基础上实现进一步突破，其核心优势在于可通过短曝光时间完成单帧相位测量，并生成相位变化影片，实现对动态信号的精准捕捉，目前以4D技术的相关产品为核心代表，其技术关键在于像素化相位传感器的应用。该传感器采用偏振光学设计，先通过四分之一波片对信号和参考光束进行圆偏振处理，再利用与CCD传感器紧密贴合的像素化偏振掩模，让由四个像素组成的超级相位像素分别感知0°、90°、180°、270°的相位偏移信息，最后通过4个桶相位算法及卷积过程完成相位计算。像素化相位传感器的研发难点在于偏振掩模的制作与精准安装，一旦制成，该传感器具备体积小巧、结构坚固的特性，可在不同波长范围内使用，且采用共光路设计，无需在参考光束与信号光束间引入大幅倾斜角度，大幅降低了设备的使用与调试难度。

    信号平均技术是动态干涉测量技术的重要配套技术，也是其实现高精度测量的核心支撑，可有效解决透印误差与空气湍流两大测量难题，且不影响测量效率。在减少透印误差方面，受偏振光学元件微小误差的影响，动态相位传感器仍存在0.005至0.020波长P-V的残余透印误差，但透印误差具有周期性、振幅近乎恒定的特征，通过对振动状态下的多帧数据进行平均处理，可将该误差大幅降低至几乎不可察觉的水平，通常仅需8至16帧数据即可实现，与传统技术高精度测量所需的数据量基本一致，二者无明显速度差异。在降低空气湍流影响方面，长光路测量中，空气湍流会引入随机的波前失真条纹，而通过在湍流相干时间周期之外对几百帧图像进行平均处理（仅需数分钟），可显著减少湍流干扰，且平均数据量越多，干扰消除效果越好。实际应用中，搅拌空气使湍流随机化可进一步提升平均效果，即使在20米空气往返路径下，动态干涉测量技术也能准确绘制出高度约为千分之一波长的表面特征。

    凭借超高速、高分辨率、强抗扰性的技术优势，动态干涉测量技术在光学测量领域实现了多场景的创新应用，打破了传统测量技术的应用边界。该技术具备精准测量移动和振动部件的能力，常规30微秒曝光时间可实现5至10千赫兹振动模式的测量，搭配更强大的激光器与更快的A-O闭合装置，测量频率范围可拓展至10至50千赫兹，不仅能捕捉振动部件的共振模式，还能对每分钟7200转的高速旋转磁盘盘片等部件进行高精度测量，通过假彩色条纹清晰呈现部件表面与理想平面的差异，助力制造商深入掌握组件的动态性能。此外，动态干涉测量技术无需任何形式的振动隔离，即可在工厂车间、低温真空室等恶劣环境中实现长距离的高质量测量，解决了大口径反射镜、太空望远镜下一代轻型反射镜等高端光学器件的测试难题。

    作为光学测量领域的前沿技术，动态干涉测量技术以创新的硬件设计与配套算法，有效解决了传统干涉测量法面临的振动、空气湍流等核心问题，实现了复杂环境下的高精度、高动态光学测量。其在移动部件、振动部件检测及高端光学器件测试中的应用，为工业制造、航空航天、光学研发等领域的技术发展提供了重要的测量技术支撑，而其技术特性也推动了一系列新型干涉测量技术的研发与市场发展，为光学测量领域的持续创新注入新动能。