一种大范围高精度的光电测量装置研究

为解决大尺寸测量的环境性和高精度性的矛盾问题,介绍了一种可用于工业现场大尺寸零件精密测量的装置.该装置以双纵模热稳频He-Ne激光器为光源,其拍频频率约为729MHz,拍频波长约412 mm;以拍频波长为测量基准,拍频波节点(过零点)为对准标志,用粗估的方法获取整数倍拍频半波长的长度,用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪(分辨率为0.08μm)测量最邻近节点到被测点的尾数长度.测试表明,此装置具有很好的环境适应性和同类仪器中最高的频差稳定度.整个测量系统可在0～20 m范围内工作.测量不确定度优于士30μm/10 m.

Abstract：

To balance between environment and precision of large-scale metrology, a large-size measuring equipment that can be applied for industrial locales is introduced. The frequency-stabilized He-Ne laser with thermoregulation is used as the light source, which has the beat frequency about 790MHz and beat wavelength λ=412 μm. This length of integral multiple half beat wavelength is obtained by rough estimation. This mantissa length between the node and the close measuring point is measured with double frequency interferometer, which is combined in the same optical system. The test indicates that the device has a high environment adaptability and highest frequency difference stability among the same kind of great-size devices. The measuring accuracy is better than 30 μm/10 m and the measuring range is 0～20 m.     

大尺寸无导轨激光精密测量仪的研究

介绍了一种大尺寸、无导轨激光干涉精密测量的方法与装置。该测量装置以稳定度较高和抗干扰性强的双纵模热稳频He -Ne激光器为光源 ;以拍波合成的场强信号的节点为对准标志 ;以光路组合形成的双频激光干涉仪测量尾数部分。实验测量结果表明 :节点定位精度小于 0 .0 5mm ,尾数测量部分分辨率为 0 .0 8μm ,整个测量系统在 2 0m范围内的测量精度达± ( 5 0 1.5× 10 - 6 L) μm(L为被测长度 ,单位为m)。     

He-Ne拍波激光干涉仪的研究

介绍了一种可对大尺寸工件进行无导轨精密测量的方法和装置。装置以双纵模热稳频HeNe激光器为光源。理论及实验均证明该光源的频差有较高的稳定度(室外不低于1×10-7)和强的抗干扰性,拍波频率约为750MHz,拍波长约为400mm。该装置以拍波合成的场强信号的节点为对准标志,以光路组合形成的双频激光干涉仪测量尾数部分。实验表明,该装置的节点定位精度小于0.05mm,尾数测量部分分辨率为0.08μm,整个测量系统可在20m范围内进行精度为±50μm+1.5×10-6·L(L为被测长度,单位为m)的测量。     

环形激光器频率稳定度的高精度测量

以633 nm碘吸收稳定激光器作为标准,通过将待测的环形激光器与之进行拍频,建立了一套检测灵敏度很高的高精度激光频率稳定度检测系统.该系统采用宽带雪崩光电二极管接收拍频信号中的差频信号,经过信号处理后利用高精度频率计实现拍频频率的测量,试验结果表明:该系统的检测频宽可达到800 MHz,频率稳定度的测量精度达到10-11量级,最小可检测激光功率为0.1μW量级,为进行环形激光器高精度稳频回路的研究提供了重要的检测手段.     

半非平面单块激光器快速频率调谐的实验研究

在半导体激光器抽运的Nd∶YAG晶体半非平面单块固体环形激光器上 ,采用粘贴压电陶瓷 (PZT)的方法实现了快速激光频率调谐。对尺寸为 13mm× 14mm× 3mm的单块激光器粘贴了厚度为 0 5mm压电陶瓷 ,并观测两台单块激光器之间的拍频信号。当调制频率小于 10 0kHz时 ,对压电陶瓷施加峰值为 5V的正弦调制信号 ,可观测到大于 10MHz的马鞍形展宽拍频信号 ,对应的PZT调谐系数大于 1MHz/V。当调制信号频率过高时 ,例如频率大于 10 0kHz,拍频信号变得非常不稳定 ,说明激光频率产生了明显的漂移 ,且拍频信号展宽的形状也发生了变化 ,拍频信号的中心部分由凹陷变为凸起。实验观测到的调制响应带宽约为 10 0kHz。     

调频连续波激光测距系统的振动补偿仿真研究

在双光路调频连续波激光测距过程中,振动将光程差变化转为拍频信号不需要的相位调制,并在拍频信号中引入多普勒频移,导致拍频信号的频谱发生严重展宽和频移,无法根据拍频频率计算距离值。为解决该问题,提出一种基于四波混频效应的振动补偿方法,该方法利用四波混频技术产生与原频率扫描信号扫描方向相反的新频率扫描信号,通过两个频率扫描信号的测量拍频信号计算距离值。结果表明:当扫描带宽为10nm,待测距离为5m,待测目标以2Hz的频率进行行程为100μm的周期性位移时,基于四波混频效应的振动补偿方法能有效消除振动对测距的影响,测量标准差由补偿前的1.062mm减小为29μm;该方法无需测量振动位移便可直接获取消除振动影响的距离值,极大地简化了系统的硬件部分。     

复杂形体目标激光散射特征测量系统的研制

复杂形体目标激光散射特征的测量系统中，利用反射式离轴光路满足了可见到远红外波段的测量需要，通过大孔径（250mm）物方远心接收光路实现了对实际远场的模拟测量，以光滑镀金球体作为标准器，可直接获得任意目标散射截面的绝对值。在0．6328、1．06和10．6μm三个波段针对标准器的实测结果表明，平均误差小于4．95％。     

基于光纤噪声抑制系统的1.5μm超稳激光系统比对

搭建了一套光纤相位噪声抑制系统。通过环外自拍频,得到噪声本底的秒级频率稳定度为6.8×10~(-18),2000s平均时间后达到2.3×10~(-19)。利用该系统可实现窄线宽激光频率在1.6km实际光纤链路中的传输,传输后环外自拍频信号的秒级频率稳定度可达1.2×10~(-17)。基于连接两个实验室的808m实际光纤链路,将此系统应用于1.5μm超稳激光的比对,通过拍频测量得到激光线宽为(0.54±0.15)Hz,秒级频率稳定度为1.2×10~(-15)。     

10 Gb/ s 0. 18 􀀁m CMOS 激光二极管驱动器芯片

基于0．18μm CMOS工艺设计的10Gb／s激光二极管驱动器电路。核心单元为两级直接耦合的差分放大器，电路中采用了并联峰化技术和放大级直接耦合技术以扩展带宽，降低功耗。模拟结果表明，在1．8V电源电压作用下该电路可工作在10Gb／s速率上，输入单端峰峰值为0．3V的差分信号时，在单端50Ω负载上的输出电压摆幅可达到1．4V，电路功耗约为85mW。     

1.3μm自聚焦棒外腔半导体激光器光混频的实验研究

本文采用1.3μm InGaAsP短自聚焦棒外腔半导体激光器作拍频及相干光传输实验。在多个波长点获得比较稳定的拍频信号;用拍频法测量了自聚焦棒外腔激光器单纵模线宽与注入电流的关系曲线。并进行了调制速率100MHz正弦信号相干FSK调制一解调实验。实验表明这类激光器可用于FSK调制的相干光纤通信系统。     

双频激光远程直线度/同轴度测量系统

介绍了一种基于横向塞曼双频激光的直线度 同轴度测量系统 ,与纵向塞曼系统相比 ,舍去了 1 4波片 ,减小了仪器尺寸 ,从原理上消除了由于 1 4波片相位延迟不是严格 90°造成的非线性误差 ;符合共路原则 ,对空气扰动有较强的抑制力 ;具有自适应性 ;信号处理采用比相技术 ,测量精度可以达到 0 .1° ;测量元件可以暂时移出光路 ,挡光后数据能够自动恢复 ;80 98单片机系统智能化稳定的频差在 10h内变化量小于 0 5kHz ;系统稳定性为 2 μm h ;示值线性相关系数优于 0 9999;适于远程准直和同轴度测量     

3．39μm双波长拍波干涉仪绝对测量大直径方法的研究

在介绍了３．３９μｍ双波长拍波干涉仪测量原理的基础上，提出了激光瞄准大型工件内外径测量点和３．３９μｍ双波长拍波干涉仪绝对测量大直径的新方法，给出了瞄准定位的实验结果，并对测量系统的误差进行了分析。分析表明：测量系统测量１０ｍ直径时，其测量误差小于０．０３ｍｍ。     

共光路双频外差干涉法测量模拟磁头磁盘静态间隙

提出了一种共光路外差干涉测量模拟磁头磁盘静态间隙的方法，该方法以低频差横向塞曼双频激光器作为光源，采用专门设计的双折射透镜分光和相位测量技术，实现了对光波半波长的3600细分，从而使测量分辨率达到0．1nm。原理实验结果表明，该系统在无恒温的普通实验室条件下，1h内稳定测量实验结果漂移小于4nml利用压电陶瓷（PZT）微动工作台（步进分辨率1nm）驱动反射镜（模拟磁头）产生位移，在1μm范围内与该系统测量结果进行比对，得到线性相关系数优于0．9998。     

一种实现高精度稳定Zeeman激光频差的方法

为了使双频激光干涉仪的高精度和可靠性能够在当前急需解决的大尺寸高精度同轴度、直线度测量方面有效的发挥出来,有必要在双频激光干涉仪的信号处理方面采用比相技术,为此,需要稳定Zeeman激光的频差.本文提出一种基于8098单片机系统的智能化稳频差方案,不但保证了频差的稳定性,而且每次开机还能自动搜寻频差极值,从而保证了光频的复现性.系统经过实验验证,频差变化小于5kHz/5h,工作稳定可靠,可以满足比相的要求.     

HeNe激光双折射外腔回馈位移测量仪研究

基于单模激光器的双折射外腔回馈位移测量系统能输出两路回馈条纹信号,且条纹相位差不受回馈外腔长的影响,因此在研制大量程、高分辨位移测量系统方面极具潜力。开展了双折射外腔回馈的相关现象研究,研制了性能优良的位移测量仪器。稳频和回馈外腔扫描技术相结合,进一步提高了系统的频率稳定度（优于10-7）和抗干扰性能力。试验对系统进行了零漂、拍频和比对测试,其量程超过200 mm,分辨率为15.82 nm,线性度优于2.310-7。分析了系统的主要误差来源,估算了总的测量误差为0.21 m。回馈位移测量仪具有结构简单、分辨率高、线性度好以及测量范围大的优点,工业应用前景广阔。     

基于多普勒测风激光雷达的锁频系统与激光测速系统的设计与实现

在非相干多普勒测风激光雷达系统中,激光的线宽与频率的稳定性是影响测量结果准确性的两个重要因素。研制的激光雷达系统采用种子注入方法产生窄线宽脉冲激光,采用碘分子饱和吸收稳频的方法,利用VB语言基于PID算法编写仪器控制程序,将种子激光器的频率锁定在碘分子吸收线1 109线的高波数边缘上,长时间(4 h)锁频的精度0.5 MHz,频率的长期稳定度为3.5510-9。设计了连续光测速系统,得出多普勒频移测得的实验值与实际斩波盘的速度值曲线,速度误差小于0.4 m/s。由此也说明,所设计的连续光测速系统可以对整个锁频系统进行校准。该实验也为测风激光雷达的建设提供指导意义。     

双频干涉共焦台阶高度测量系统

提出了一种以低频差横向塞曼双频激光器作光源的外差干涉共焦显微测量系统 ,该系统通过共焦显微的光强测量进行粗定位 ,其轴向台阶高度测量范围在 5 μm以上。同时采用相位测量技术 ,实现了对半波长的 36 0 0细分 ,从而使测量分辨率达到 0 1nm。由此同时满足了高测量精度和较大测量范围的要求。实验结果表明系统在没有恒温的普通实验室条件下 1h内的漂移不超过 15nm ,与差动纳米双频干涉仪的比对结果线性系数在 0 9999以上 ,非线性误差约 10nm。     

以半导体激光器线性频率调制为基础的距离测量

给出一种以频率调制连续波(FMCW)技术为基础的进行无接触、无累加误差和较大动态范围距离测量方法.由可调谐半导体激光器产生一个啁啾信号,通过测量拍信号频率计算距离.用商用GaAlAs激光器组成的测量系统的动态范围为1m,测距精度达10-3.