全视场外差白光干涉测量技术

为了解决传统白光干涉测量技术中对线性位移机构的位移精度要求过高的问题,本文提出了一种全视场外差白光干涉测量技术。该技术主要通过使用存在差频的白光干涉信号作为光源来实现在大扫描步长和低扫描精度条件下相干峰位置的高精度检测。本文首先建立了白光外差干涉的数学模型,再根据数学模型提供的光强信号特性提出了整体系统设计方案,然后对测量方案的可行性进行了实验验证。最后针对多种误差对算法计算精度的影响进行了理论分析和数据对比。误差分析的结果表明:白光外差干涉测量技术提供更高的测量精度和更好的抗干扰性能,有效地降低了传统白光干涉测量对线性位移机构精度的严苛依赖,为光学自由曲面检测技术提供了更多的可选解决方案。     

光学倍频影响激光外差干涉测量精度的机理

为了同时提高激光外差干涉测量的分辨力和精度,必须深入分析光学倍频对激光外差干涉测量精度的影响机理。在此基础上,建立了光学倍频相位测量模型,从理论上证明,光学倍频能够实现对激光外差干涉信号的细分,提高测量分辨力。光学倍频改变非线性误差的相位而使非线性误差减小,但同时改变了激光干涉多普勒频移的v/c平方项,使得残余累计误差增大。仿真结果表明,光学N倍频使非线性误差减小到原来的1/N,但使残余累计误差增大N2倍。因此,光学倍频仅适用于低速测量的场合。     

激光回馈精密测量技术及应用

介绍了激光回馈干涉的理论模型,阐述了激光回馈测量灵敏度高、装置结构简单、可自准直、能够对非合作目标进行精密测量的技术特点。探讨了激光回馈测量技术在工业和科研领域中的应用方向,包括位移、角度、振动、绝对距离测量等,指出利用倍频复用、频率复用、偏振复用、全程准共路等技术可提高回馈测量的应用性能。分析了激光回馈测量相较传统干涉测量的优势,展望了激光回馈测量技术在科学研究、工业生产、精密制造等领域的应用前景,提出通过提高光源稳频精度、研究不同光回馈水平下的实验现象和理论模型、探索新型激光器的回馈效应等方式,进一步提升激光回馈干涉仪的灵敏度和测量性能。     

外差干涉仪中偏振分光镜对测量精度的影响

为了提高激光外差干涉的测量精度,必须明确偏振分光镜(PBS)对激光外差干涉测量精度的影响.基于激光外差干涉非线性误差产生机理,建立了PBS对非线性误差一次谐波和二次谐波的综合影响模型.理论分析表明,选用偏振透射率稍弱、偏振反射率强的PBS有利于减小非线性误差.在激光器出射的两激光束存在5°非正交误差情况下,当PBS的反射率理想时,透射率从1减小到0.90,非线性误差由4.41 nm减小到4.19 nm.同时,通过调整旋转角度可以补偿非线性误差一次谐波.在PBS存在5°旋转角度误差情况下,当PBS的反射率理想时,PBS的透射率从1减小为0.90,非线性误差一次谐波从4.41 nm减小到2.56 nm.     

激光外差干涉测试

激光干涉测试具有测量准确度高、测量范围宽、测量速度快、测量过程容易实现自动化等优点。本文介绍一种抗干扰能力强、能在车间现场进行精密计量的激光外差干涉测试法和它的应用。     

超精密齿轮齿廓偏差测量系统测量不确定度评定

叙述了测量不确定度的原理、重要性及其在超精密测量中的应用.分析和计算了超精密齿轮渐开线齿廓偏差测世系统各不确定度来源及其对测量精度的影响.应用光学测虽系统测量了此测量系统各部分运动系统精度,并最终确定此超精密齿轮渐开线齿廓偏差测量系统的测最不确定度.     

偏振分光镜旋转角度误差的确定

偏振分光镜存在旋转角度误差是引起激光外差干涉非线性误差的来源之一.提出了一种确定激光外差干涉偏振分光镜旋转角度误差的方法.通过分析偏振分光镜旋转角度误差在其它条件下对激光外差干涉非线性误差的影响,得出偏振分光镜存在的旋转角度误差将极大地增加非线性误差的一次谐波,但改变二次谐波很小.对光电接收器输出信号进行频谱分析,分离出激光外差干涉非线性误差的一次谐波和二次谐波,通过测量非线性误差二次谐波相对测量信号的大小,通过应用非线性误差二次谐波幅度比值与偏振分光镜旋转角度误差之间的模型,确定偏振分光镜旋转角度误差.实验结果表明,应用该方法能够得到偏振分光镜的旋转角度误差,从而为调整偏振分光镜提供了实验依据.     

高精度光栅干涉测量技术及仪器

在超精密测量和控制技术中,对测量精度提出了越来越高的要求,如尺寸精度１ｎｍ和角度０．００１。由于光栅具有精度高、抗干扰能力强、寿命长和价格便宜等优点,最近几年光栅干涉测量技术被广泛研究和使用。本文简单介绍几种在超精密测量和制造过程中常用的微纳米光栅干涉测量技术。     

外差干涉仪频率混叠误差分析

研究了激光外差干涉仪中存在的频率混叠现象、误差形成机理和变化规律,重点分析了在共光路外差干涉仪中由激光光源的椭圆偏振化和Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜的安装方位角引起的频率混叠误差的大小及变化规律,对进一步提高共光路外差干涉测量精度具有现实意义。     

精密测量和加工中的激光技术

激光具有高方向性、高单色性、高相干性以及普通光源达不到的能量密度等优点。近年来,由于激光技术具有高准确度、非接触、稳定性好等独特优点,在精密加工和测量领域受到了广泛关注。本文综述了激光技术在精密测量和加工领域的应用现状,并根据其测量原理和应用场景的不同进行分类和总结。在现有发展现状的基础上,对激光技术在精密测量和加工领域的发展趋势进行了分析和展望,为进一步推动激光技术在精密测量和精密加工领域的应用提供参考。     

基于激光多普勒技术的扭矩测量研究

提出一种基于激光多普勒技术和光学外差的原理进行扭矩测量的改进方法。分析了工作原理，推导出光路部分的数学模型，并通过实验验证了测量方法的可行性。由高相干激光器发出激光投射到转轴2个平行截面4个点上，测量两个截面的相对速度，经过积分得到两截面相对转角，最终实现扭矩的测量。该系统只用1个光探测器和1套解调电路，直接测量转轴2个截面相对速度，避免了多套解调电路延迟时间不同带来的误差，提高了扭矩测量的精度。     

Analytical modeling of the periodic nonlinearity in heterodyne interferometry

The periodic nonlinearity that arises from nonideal laser sources and imperfections of optical components limits the accuracy of displacement measurements in heterodyne interferometry at the nanometer level. An analytical approach to investigating the nonlinearity is presented. Frequency mixing, polarization mixing, polarization-frequency mixing, and ghost reflections are all included in this investigation. A general form for the measurement signal, including that of the distortions, is given. The analytical approach is also applicable to homodyne interferometry.     

1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统研制

针对目前国内激光测振系统价格昂贵、使用不便的问题,采用1 550 nm波段成熟的窄线宽光源和光纤元器件研制了一套低成本的全光纤激光测振系统原理样机。此原理样机光路部分采用马赫?泽德干涉仪结构,搭建了外差式激光干涉光路,参考光被40 MHz的声光调制器调制,与测量光在光电探测器表面发生干涉,产生原始的激光多普勒信号;信号解调部分采用相位解调法对原始激光多普勒信号进行解调,得到振动目标的运动特性,包括位移、速度和加速度信息。采用本单位的振动标准装置对其性能进行了测试,实验结果表明：在10 ~ 2 000 Hz的中低频振动范围内,1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统峰值位移、速度和加速度的测量误差在-0.6% ~ 0.7%内。该系统在中低频段具有较高的测量准确度,且成本相对较低、操作便捷,具有技术借鉴价值。     

用于微位移测量的迈克尔逊激光干涉仪综述

迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段。以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量微位移的近期发展趋势。     

激光多普勒效应测量面内位移一些问题的研究

本文采用散斑干涉理论研究固体表面面内位移测量的激光多普勒效应方法。理论和实验表明测量结果中存在一项随机相让误差，尽管该误差可在一定程度上补偿，但不能消除，因而限制了测量精皮的提高。此外，本文还给出了测量过程中信号随机消失的原因以及延长信号不间断距离的方法。     

Real-time heterodyne imaging interferometry: focal-plane amplitude and phase demodulation using a three-phase correlation image sensor

A method of real-time heterodyne imaging interferometry using a three-phase correlation image sensor (3PCIS) is proposed. It simultaneously demodulates the amplitude and phase images of an incident interference pattern at an ordinary frame rate with good accuracy, thus overcoming the trade-off among measurement time, spatial resolution, and demodulation accuracy suffered in conventional interferometry. An experimental system is constructed with a 64x64 3PCIS camera operated at 30 frames/s and a two-frequency He-Ne laser with a beat frequency of 25 kHz. The results obtained for a scanning mirror and heated silicone oil confirm the proposed method.     

基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法研究

报道了一种基于光学锁相环的高稳定度激光稳频方法,用于提高可调谐外腔半导体激光器(TECDL)的频率稳定度和准确度。自行研制的光学锁相环电路采用数字鉴相与差分运算相结合的方式获得高灵敏度的鉴频鉴相误差信号,并通过高速模拟PID实现整个系统的闭环锁定。利用该光学锁相环系统进行了TECDL偏频锁定至光学频率梳(OFC)的实验,实验结果表明环路锁定后拍频频率波动在±0.3Hz范围内,偏置频率为50MHz时,光学锁相环系统在1s和1000s积分时间的相对阿伦方差分别为1.5×10^-9和8.5×10^-13。系统锁定后,拍频线宽由500kHz压缩至2kHz。该研究表明采用基于光学锁相环的激光稳频方法可以实现亚Hz级的激光频差控制,通过将TECDL偏频锁定至高稳定度的参考激光源可显著提高其频率稳定度,使其能够满足超精密测量、冷原子/离子干涉测量等领域对激光频率稳定度和准确度的要求。