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世界首批纳米激光器测尺在清华诞生

●新闻中心记者 周襄楠

细微的红光和伟岸的大桥、雄伟的高坝、精密的机床之间有什么联系?纳米激光器测尺把看似风马牛不相及的它们紧密联系在一起:在激光器内部,把红光波长的1/8——79纳米作为一个单位来测量物体尺寸或位置的微小变化,大桥、高坝、精密机床加工工件这种庞然大物,哪怕纳米量级上的一个微小的变形、微小移动都能被测量出来——7月4日,在中国计量科学研究院经过紧张而严格的测试后,世界上首批纳米激光器测尺宣告诞生。为了将这个奇异的想法变成现实,清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室张书练教授带领的课题组为之奋斗了10年。

 这是名副其实的纳米量级的激光尺子——在12毫米长度内,任何79纳米的微小移动都能测量出来,线性度达到十万分之几。不妨做个比较——人的一根头发丝的直径为70微米,是红光波长1 /8的886倍还要多。虽然如此精确,但它在外观结构上却相当简单,看上去就好像把一根细细的放着红中透白光线的玻璃管装在了一个两端封闭的直径30毫米的石英玻璃管里,而石英玻璃管只比人的手掌稍长一些。它的神奇之处还在于,发射激光束的激光自身就能感知外界物体移动大小,一旦你推动圆筒形激光器一头伸出的测量杆,它立刻告诉你推动了多少距离。

 除了测量范围大、精度高之外,纳米激光器测尺的另外一个显著优点就是:它能够自行校准自己的“刻度”,直接读出它的测量对象位移了多少,而不像其他测量移动的传感器,如电容位移传感器、电涡流位移传感器、电感位移传感器都需要用另外的仪器校准,然后才能用于测量。

 国内外的一些科学家曾做过将一个激光器直接演变成位移传感器的尝试。因为原理上的缺陷,解决不了位移方向的识别等难题,已经放弃这个方向上的研究。

 十年磨一剑,张教授他们最开始只是在自己设计的双频激光器的研究中发现了新的现象:激光器内部的一个反射镜片移动一个微小距离,光的电场振动方向就改变一次。又经多年的构思,把激光技术和计量学科领域交叉渗透,将这些现象转化成发明:数出电场振动方向变化的次数就算出推动者的移动大小。同时他们还研究出一套成熟的实施技术,该技术的两项发明专利已获得中国授权。

 张书练教授说:“这个发明可广泛应用于热膨胀系数,机械零件、部件的位移测量,量块标定,以及桥梁、水坝、建筑物的变形测量等。在未来,它可能在很大程度上代替现在广泛使用的电感测微仪。” 他还提到,近期可有少量的纳米激光器测尺供研究部门、工业部门使用。

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2003-07-08]
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