ZYGO 4104C 是 ZYGO Corporation（现隶属于 AMETEK 集团）推出的一款高性能、多功能激光干涉仪测量系统。它属于超精密几何量计量仪器，基于迈克尔逊干涉原理，利用激光的稳定波长作为“光尺”，对线性位移、速度、角度、直线度、平面度等进行非接触式、极高精度的测量。该系统是校准高端数控机床、坐标测量机、光刻机工作台以及进行前沿科学研究中不可或缺的基准测量工具，其测量分辨率可达纳米甚至亚纳米级。
应用场景：
在一家顶尖的光学元件制造公司，正在加工用于极紫外光刻机的超光滑非球面反射镜。该镜面的面形精度要求达到纳米级（RMS < 0.5 nm）。任何接触式测量都可能损伤其表面。此时，ZYGO 4104C 激光干涉仪系统与相移干涉技术结合，构建了一个非接触测量站。一束高度稳定的氦氖激光从 4104C 激光头射出，经过分光镜，一束参考光在系统内部反射，另一束测量光照射到待测镜面并返回。两束光叠加产生干涉条纹，4104C 系统的高速探测器捕捉这些条纹，并通过精密的电子学系统和解算软件，将条纹的相位变化转换为镜面各点相对于理想面形的微小高度差，从而生成一幅详细的三维面形误差彩图。没有 4104C 提供的绝对长度基准和极高相位稳定性，这种级别的面形检测与加工闭环控制根本无法实现。
核心参数速览：
主要参数 | 数值/说明（基于ZYGO 4100系列典型规格） |
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产品型号/系列 | 4104C (Zygо 4100系列高性能激光干涉仪) |
制造商 | ZYGO Corporation (Ametek子公司) |
产品类别 | 超精密激光干涉仪测量系统 |
激光源 | 稳频氦氖激光器，波长稳定性极高（~10⁻⁸ 量级），真空波长 λ ≈ 632.8 nm |
线性测量范围 | 理论上可达数十米（受环境条件影响），实际系统配置决定 |
线性测量分辨率 | < 1 nm (典型值可达 0.3 nm 或更高) |
最大测量速度 | 通常 > 1 m/s，适合动态测量 |
线性测量精度 | 极高，在环境补偿后可达 ±0.5 ppm (即每米误差±0.5微米) 量级 |
测量功能 | 线性位移、速度、角度（俯仰/偏摆）、直线度、平面度（需不同光学镜组） |
环境补偿单元 | 通常包含空气温度、压力、湿度传感器，用于实时补偿空气折射率变化 |
输出接口 | 模拟信号（如±10V），数字信号（如TTL正交），及高速数据接口（如USB, Ethernet） |
数据显示与处理 | 配套专用软件进行数据采集、分析、显示和报告生成 |
系统组件 | 激光头、环境补偿器、反射镜/光学镜组、安装支架、电缆、软件 |
技术原理与创新价值：
创新点1：以激光波长为绝对基准的超高精度。
ZYGO 4104C 的核心在于其高度稳定的氦氖激光源。激光在真空中的波长是自然界的基本常数之一。系统通过测量测量光与参考光之间因光程差变化而产生的干涉条纹明暗周期数（即相位变化），直接计算出位移。由于激光波长极短（约633纳米）且极其稳定，使得该系统能够实现纳米级的直接绝对测量，其精度和分辨率远超基于栅尺或磁栅的增量式传感器。
创新点2：动态测量与高速数据采集能力。
与静态干涉仪不同，4104C 专为动态测量优化。它能以极高的采样率（可达MHz级别）实时探测干涉信号的变化，从而不仅能够测量静态位置，更能精确测量运动过程中的位移、速度甚至加速度。这使得它成为评价和校准高速高精运动平台动态性能（如S曲线特性、定位抖动）的终极工具。
创新点3：综合环境补偿与多功能性。
激光在空气中的波长受温度、气压、湿度影响。4104C 系统通常集成或可连接高精度的环境补偿单元，实时测量这些参数，并自动修正空气折射率，将测量结果补偿到真空波长基准下，消除了环境因素引入的主要误差。通过更换不同的光学镜组（如线性反射镜、角度镜、直线度镜），同一台 4104C 主机可实现线性、角度、直线度等多种几何参数的测量，功能极其强大。
应用案例与行业价值：
案例：国家级计量院所对超高精度数控龙门铣床的激光校准。
一台用于加工大型精密模具的五轴龙门铣床，其定位精度和重复定位精度必须达到微米级以下，以满足航空航天部件的加工要求。
应用流程： 计量工程师使用 ZYGO 4104C 系统对机床三个直线轴（X, Y, Z）进行校准。将激光头固定在机床床身，将反射镜固定在主轴或工作台上。沿各轴全程运动，4104C 系统实时、动态地记录下实际位置与机床数控系统显示位置（基于光栅尺）之间的误差。配套软件生成误差曲线图，并据此生成螺距误差补偿表。
带来的改进： 通过 4104C 提供的“真相”数据对数控系统进行补偿后，机床的定位精度从补偿前的15微米提升至3微米以内，重复定位精度达到1微米。这直接提升了加工工件的尺寸一致性和形状精度，废品率显著下降。该校准过程本身也成为机床精度认证和周期性维护的权威依据。
用户评价： 计量院高级工程师表示：“ZYGO 4104C 是我们实验室和现场校准的‘定海神针’。它的精度和稳定性是无可争议的基准。用它来校准高端机床，就像用原子钟来校准手表。它不仅告诉我们误差有多少，更能揭示误差的来源（如丝杠螺距误差、反向间隙、热变形影响）。对于追求极致精度的制造业，4104C 是质量保证体系中不可或缺的一环。”
相关产品组合方案：
线性反射镜/角锥棱镜：用于线性位移测量的标准靶镜，提供稳定的回光。
角度镜组：包含分光镜和反射镜，用于测量运动轴的角度误差（俯仰、偏摆）。
直线度镜组：用于测量运动轴在水平或垂直方向的直线度误差。
平面度干涉仪组件：与 4104C 激光头配合，升级为用于测量光学平面或精密平台平面度的菲索干涉仪。
环境补偿传感器（ECU）：精密测量空气温度、压力、湿度的单元，对长距离高精度测量至关重要。
安装支架与磁性表座：用于将激光头、反射镜稳定地安装在机床或被测设备上。
精密导轨与气浮平台：在实验室环境下，为 4104C 系统提供超精密位移基准，用于校准其他传感器或系统。
专用分析与校准软件：如ZYGO的MetroPro或第三方计量软件，用于控制测量、数据分析、误差补偿和报告生成。
安装维护与全周期支持：
ZYGO 4104C 系统的安装与使用需要专业知识和细致操作。关键步骤包括：稳定安装光学组件并精确准直光路；连接环境补偿传感器并正确设置参数；避免在振动、气流扰动大的环境中使用；测量长距离时，环境补偿数据的准确性至关重要。
系统维护主要是保持光学镜片的清洁（使用专用工具和清洁剂），避免激光器受到物理冲击，定期（通常每年）将激光器送回原厂或授权机构进行波长校准和性能认证，以维持其溯源至国家长度基准的计量权威性。激光头内部有寿命部件（如激光管），需按厂家建议周期进行预防性更换。
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