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相似文献
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1.
针对纳米级分辨率光栅干涉传感中存在的细分误差问题,对光栅干涉传感的细分原理、传感信号中的噪声以及非线性误差等方面进行了研究。采用数字细分方式,对传感光电信号进行了数字滤波处理以降低噪声信号干扰,对传感信号中存在幅值波动、直流电平漂移以及相位非正交性等缺陷建立了非线性误差模型,并基于最小二乘原理提出了一种非线性误差修正方法;利用纳米二维定位平台对光栅干涉传感系统进行了测试。研究结果表明:在50 nm步距以及200 nm步距两组等位移量连续测量的测量列中,非线性误差修正后测量列的标准差较修正前均有显著的降低,说明光栅干涉传感信号经非线性误差修正处理后可以较明显地校正细分误差,提高细分精度。  相似文献   

2.
误差补偿技术在相位偏移干涉测量中的应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
在研究泰曼—格林相位偏移干涉仪测量原理基础上,分析了位移驱动器移相误差对五幅移相计算结果的影响,一阶线性误差和二阶非线性误差是相位偏移干涉测量技术中产生相位误差的主要因素;提出了五幅算法移相误差补偿技术,该方法直接从相位偏移干涉图中计算移相过程中存在的一阶及二阶移相误差,对五幅算法结果进行误差修正;采用玻璃平晶为测试对象,建立了泰曼一格林干涉仪移相误差补偿原理试验系统。试验结果表明在同时存在一阶移相误差及二阶移相误差情况下,采用提出的移相误差补偿方法可以将位移测量精度提高6倍,相当于采用氦氖激光器的倍程干涉仪中位移精度达到1.0nm。  相似文献   

3.
提出了用声光调制器实现的外差干涉仪,采用了相位变化整数周期和小数周期测量的外差干涉信号处理方法,不仅使干涉仪的测量分辨率提高到λ/2000,同时提高了测量镜允许运动速度,解决了用于大动态范围位移的态动测量问题。该外差干涉测量系统可以用作精密数控中位置环的测量手段。  相似文献   

4.
激光外差干涉的非线性误差补偿   总被引:1,自引:1,他引:0  
为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。  相似文献   

5.
计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)   总被引:2,自引:2,他引:0  
针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.  相似文献   

6.
线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置   总被引:1,自引:0,他引:1  
直线度测量中往往存在有限的测量范围、精度低和阿贝误差等问题。本文提出了一种高精密直线度外差干涉测量装置,该装置由Koester棱镜、角锥棱镜、1/4波片、楔面棱镜和楔面反射镜构成。楔面棱镜为直线度传感元件,角隅棱镜和楔面反射镜是测量信号的回光元件。双频激光信号进入直线度干涉仪后组成几何空间对称四光路测量信号。四路测量光走过几乎完全相同的路径有效地提高了干涉仪的稳定性,并且使空程误差最小化。使用楔角为1°的楔角棱镜和2π/512细分的相位计,直线度测量分辨力为17.71nm。该方法不需要与行程同长的大反射参考镜,但同样能实现高分辨率,理论和实验证明空间对称测量结构避免了由俯仰,偏转和滚转角引起的阿贝误差的串扰,而且光学元件少,结构简单,方便易用,结果可以直接溯源到米的定义。  相似文献   

7.
为了实现平面二自由度位移测量,设计并搭建了空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪,并对所设计的光栅干涉仪的光学结构、测量原理、面内旋转安装误差补偿等进行了研究。基于平面光栅衍射特性和空间分离式外差光栅干涉结构设计并搭建了具有对称性的测头光路,结合实际光学器件的特点,利用琼斯矩阵分析了二自由度测量原理与显著降低周期非线性误差的特性。通过实验测定了光栅面内旋转安装误差以便于应用旋转矩阵对测量数据进行解耦。随后利用矩形和圆形轨迹分别验证了两测量轴在各自和同时运动的情况下,所设计的平面光栅干涉仪的测量能力。实验结果表明,在解耦补偿0.350°的光栅实际面内旋转安装误差的前提下,该空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪能够实现压电位移台30μm内的位移测量,主要由机械振动等因素引起的误差不超过0.15μm。本研究将空间分离式外差光栅干涉仪的测量维度拓展到了平面二自由度。  相似文献   

8.
全视场外差动态干涉仪在面形测量方面具有测量精度高、抗干扰能力强等优点,适合用于长焦距面形的动态干涉测量以及大口径光学元件的测量。但是干涉仪系统内部光学元件性能不理想以及元件装配存在误差等,会在干涉光路中引入频率混叠,影响干涉仪的测量精度。为了分析混频对全视场外差动态干涉仪测量精度的影响,从混频产生的原因出发,建立了由混频引入的测量误差的理论模型,分析了混频程度对测量精度的影响,分析结果表明,测量误差与混频程度呈非线性正相关,混频会造成测量面形结果上叠加一个和干涉条纹相同频率的周期性误差。搭建了全视场外差动态干涉测量实验系统,验证了不同混频程度对面形测量精度的影响,当混频程度为0.029时,面形测量误差为0.053λ;当混频程度为0.120时,面形测量误差为0.110λ,与仿真分析结果吻合。本文的研究对研制高精度全视场外差动态干涉仪具有实际意义。  相似文献   

9.
外差激光干涉仪由于测量精度高,环境适应能力强和实时动态高速测量等特点而广泛应用于机床误差的实时监测中。外差激光干涉仪中,使用平面镜作为转向装置时,接收器上的两束光有可能只是相交而不是重合,这给光路的调节增加了很大的难度。针对这一问题,提出一种辅助光路调节方法,先将光路切换到单频干涉仪,调好光路,再切换到外差干涉仪,利用单频干涉条纹的直观性能可看出外差干涉仪光路调节的好坏。理论分析和实验结果表明,提出的调节方案具有可行性,效果良好,同时通过从单频切换到双频能更深入地理解拍频。  相似文献   

10.
相移干涉测量中相移误差的自修正   总被引:5,自引:4,他引:1  
分析了相移干涉测量过程中相移误差产生的原因,研究了基于迭代最小二乘算法的相移误差修正法,实现了任意两幅干涉图间相对移相量的计算和自适应校正.基于光、机、电、算四系统,实现任意步长的3幅以上干涉图像的采集,用迭代最小二乘法计算任意两幅干涉图间的相对移相量,然后将其闭环反馈至硬件相移系统,自动修正相移步长为给定量的特征相移值,从而完成干涉仪相移误差的自修正.构建了相移误差自校正系统,通过实际干涉测量验证了算法的正确性和相移误差自修正系统的可行性.结果表明,自适应修正后相移量相对误差<5%,面形RMS测量重复性<λ/1 000,实现了高精度、高效率的相移误差自适应修正.  相似文献   

11.
We present the basic operating principles of a traceable measurement system suitable for use with atomic force microscopes (AFMs) and nanometer-resolution displacement sensors. Our method is based upon a tunable external-cavity diode laser system which is servo-locked via a phase-modulated heterodyne locking technique to a Fabry-Perot interferometer cavity. We discuss mechanical considerations for the use of this cavity as a displacement metrology system and we describe methods for making real-time (sub 10 ms sampling period) measurements of the optical heterodyne signals. Our interferometer system produces a root-mean-squared (RMS) displacement measurement resolution of 20 pm. Two applications of the system are described. First, the system was used to examine known optical mixing errors in a heterodyne Michelson interferometer. Second, the Fabry-Perot interferometer was integrated into the Z axis of a commercial AFM scanning stage and used to produce interferometer-based images of a 17 nm step height specimen. We also demonstrate atomic resolution interferometer-based images of a 0.3 nm silicon single atomic step-terrace specimen.  相似文献   

12.
声光式外差干涉仪的光路设计与分析   总被引:1,自引:1,他引:0  
制造业的发展迫切需要对高速加工过程中的物体进行测量和定位,利用声光调制法实现外差干涉能产生较高的频差可以实现高速测量.文中对声光式外差干涉仪的光路设计进行了分析,提出了空间分离一级衍射光和零级衍射光的一种方案,并且对光拍频的接收,光路的调整进行了分析,实验结果证明该实验系统可以用于外差干涉测量.  相似文献   

13.
A heterodyne temporal speckle pattern interferometer that measures the in-plane displacement dynamically has been built. The object is displaced in its plane continuously and the frequency-modulated output signals with a carrier frequency are recorded by a CCD camera. The displacement information is extracted with wavelet transform technique. Preliminary experiments have been performed with such interferometer. The respective measurement results recovered from wavelet transform and Fourier transform are compared.  相似文献   

14.
The nonlinearity of heterodyne interferometers is mainly influenced by the nonorthogonality and ellipticity of the linearly polarized partial beams of the laser and by the limited extinction capability of the polarizing beam splitters. The phase errors at the interferometer output can be detected by measuring the phase difference between the two orthogonal directions in the output beam. This arrangement can be used to check an interferometer setup for causes of nonlinearity and to eliminate them by adjustment, replacement, etc. The arithmetical mean value of the phases of the two orthogonal output signals is linear, except for a residual error. These detection and compensation capabilities of the proposed phase measurement arrangement are demonstrated by experimental investigations.  相似文献   

15.
16.
角锥棱镜由于本身缺陷会导致失偏效应。在平面镜外差干涉仪中,使用一种保偏反射镜组替代角锥棱镜,以减小外差干涉仪的非线性误差。根据这个平面镜外差干涉仪的基本光路图,基于偏振分光棱镜和角锥棱镜的基本光学特性,分析了平面镜外差干涉仪中3个偏振分光棱镜偏摆角、仰俯角和滚动角,保偏反射镜组中2个偏振分光棱镜之间的间距和角度,以及角锥棱镜的偏摆角和仰俯角等误差对干涉仪的影响。推导出外差干涉仪中各个光学元件的最大安装误差,并规定好其加工精度,确保外差干涉仪性能。  相似文献   

17.
In this paper, we present the scheme and the preliminary results of an intersatellite laser ranging system that is designed for the Earth's gravity recovery mission proposed in China, called Space Advanced Gravity Measurements (SAGM). The proposed intersatellite distance is about 100 km and the precision of inter-satellite range monitoring is 10 nm/Hz(1/2) at 0.1 Hz. To meet the needs, we designed a transponder-type intersatellite laser ranging system by using a homodyne optical phase locking technique, which is different from the heterodyne optical phase-locked loop used in GRACE follow-on mission. Since an ultrastable oscillator is unnecessary in the homodyne phase-locked loop, the measurement error caused by the frequency instability of the ultrastable oscillator need not be taken into account. In the preliminary study, a heterodyne interferometer with 10-m baseline (measurement arm-length) was built up to demonstrate the validity of the measurement scheme. The measurement results show that a resolution of displacement measurement of about 3.2 nm had been achieved.  相似文献   

18.
王磊杰  张鸣  朱煜  鲁森  杨开明 《光学精密工程》2017,25(12):2975-2985
开展了扫描干涉光刻机工作台超精密位移测量的实验研究,以提高扫描干涉光刻机的环境鲁棒性。针对扫描干涉光刻机工作台位移测量精度,提出了新型高环境鲁棒性外差利特罗式光栅干涉仪测量系统。介绍了系统测量原理,设计了测量系统,提出了基于Elden公式的系统死程误差建模方法。设计制造了尺寸仅为48mm×48mm×18mm的光栅干涉仪。基于误差模型计算了死程误差,计算结果表明:对于1.52mm死程的光栅干涉仪,宽松的环境波动指标(温度波动为0.01℃、压力梯度为±7.5Pa、相对湿度波动为1.5%、CO2含量波动为±50×10-6)仅引起±0.05nm的死程误差。最后,设计了基于商用双频激光平面镜干涉仪的测量比对系统,开展了光栅干涉仪原理验证实验和测并量稳定性实验。原理验证实验表明:光栅干涉仪原理正确且系统分辨率达0.41nm。测量稳定性实验表明:常规实验室环境下,环境波动引起的死程误差为7.59nm(3σ)@0.9Hz1~10Hz,优于同等环境条件下平面镜干涉仪的31.11nm(3σ)@0.9Hz1~10Hz。实验结果显示系统具有很高的环境鲁棒性。  相似文献   

19.
光学外差干涉法检测微弱超声振动的研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
设计一个具有较高检测灵敏度的光学外差干涉系统,用于检测微弱超声振动信号。采用相干性高的线偏振光作为光源,提高有效干涉强度;利用光阑消除光学噪声,有效控制回授光对光路的影响;以1级光作为参照,使光路调节简单易行。用主频为62.42KHz、幅值为74V的方波信号激励超声探头作为振动信号源,测得振动信号频率和幅值分别为62.38KHz和76.4mV。结果表明该系统能满足微弱超声振动检测要求。  相似文献   

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