外差干涉仪中金属反射镜对测量精度的影响

根据金属反射理论,偏振光经金属反射镜反射后会变成椭圆偏振光。本文研究了光路干涉仪中偏振方向相互垂直的线偏振光通过金属反射镜后引起的椭圆偏振光的不正交性和偏心度,并研究了此偏振光经渥拉斯顿棱镜后引起的频率混叠误差的机理和变化规律。经矢量分析得到,该误差是一阶非线性误差,吴正弦规律变化,误差的最大值随安装方位误差的增大而增大。本文给出了具体的计算实例和误差补偿措施,对实现外差干涉仪的高精度测量是极为重要的。     

全视场外差短相干形貌测量技术

针对工业检测中对微米量级测量精度、秒级测量时间的检测需求,提出了全视场外差短相干形貌测量方案。本方案采用短相干光源,实现大步长测量,节约扫描时间;采用全视场外差技术,实现干涉轮廓的快速反演,在抑制振动、直流噪声对测量精度影响的同时,提高数据反演的效率。搭建了实验验证系统,对测量时间和测量精度进行了实验验证,结果表明,系统的探测时长小于10 s,测量精度优于2μm。后续经进一步优化设计,探测时间可小于5 s,探测精度优于微米量级。该方案具有测量速度较快和测量精度较高等优势,在对效率要求较高的工业检测领域具有一定的应用前景。     

全视场外差干涉三维测量系统

结构光三维测量技术具有快速、无损接触、重复性好等特点,被广泛应用在模具检测及工程制造中,但传统投影式结构具有离焦模糊的缺点。本文采用全视场外差干涉的原理,使用高精度声光移频外差干涉条纹代替传统光栅投影中的编码条纹,与传统工业相机结合使用便可获取快速的全视场三维数据。根据对系统参数的建模计算,设计加工了外差干涉三维测量仪,联合使用电动平台及棋盘格标定板来获取该系统的相位高度映射模型,最后对标准陶瓷台阶进行了测量。实验结果复现了原物体的三维形貌及高度信息,在30°的观测角下系统的高度分辨率为22μm,视场内的空间分辨率优于58μm,测量标准陶瓷平板,高度误差为75μm。该方法具有检测速度快、体积紧凑、抗环境干扰性强等特点。     

纳米精度外差式激光干涉仪非线性误差修正方法研究

提出一种外差干涉非线性误差修正方法,采用混频技术将光频信号降低到通用数据采集系统频率响应范围内;采用高速数据采集板实现外差干涉测量信号和参考信号双通道同步实时采集;对采集数据进行光滑处理,滤除高阶非线性误差;解出位移量对应的相位差。试验结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正双频激光干涉仪中存在的非线性误差,使外差干涉仪测量不确定度由原来的20nm降低到10nm。     

用于CNC位置环测量的外差激光干涉仪的研究

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。     

声光外差干涉精密动态角度测量系统

本文提出了一种用于精密角度测量的新型干涉仪，使用普通氦－氖激光器，采用声光调制，光外差干涉，电信号混频、比相技术，可得到较高的测量分辨率，干涉仪结构简单，调整方便。     

空间分离式外差二自由度平面光栅干涉仪

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。     

超精密外差利特罗式光栅干涉仪位移测量系统

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。     

用激光外差技术高精度测量目标速度

搭建了外差探测实验平台,分别选用漫反射目标及类简谐运动模型作匀转速运动及变速运动的测量目标,应用激光外差探测技术实现了对匀转速运动及变速运动物体的速度测量.在匀转速测量过程中,同时采用外差探测法和振幅调制法测量了漫反射目标正负两个方向转动的速度,共得到133组不同的转速结果.通过调整实验系统,亦实现了对类简谐运动目标的...     

分光镜对外差激光干涉仪非线性的影响

外差干涉仪的非线性误差不仅由激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态引起,也由非理想的光学器件引起,其中分光镜是一个重要的误差源。除了通常熟知的偏振漏光,还分析偏振分光镜中可能存在的另一个误差,即偏振分光的正交性,介绍这种误差和其他各种原因(包括激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态)对外差干涉仪非线性误差的影响,给出检测和区分两类不同频率混叠误差的方法。通过试验证实,偏振分光镜的漏光误差对外差干涉仪非线性的影响通常是可以被忽略不计的。试验研究还发现,与传统的理论假设相反,非偏振分光镜比偏振分光镜对外差干涉仪的非线性误差有着更严重的影响。     

适用于工业现场的小型化双波长激光外差干涉仪

适用于工业现场的小型化双波长激光外差干涉仪李彬，梁晋文（东南大学机械系南京２１００１８）（清华大学精仪系北京１０００８４）０引言多波长激光干涉测量利用合成波长概念，可以在降低或不降低测量灵敏度的前提下，延长干涉测量的非多值区间（ｕｎａｍｂｉｇｕｏｕｓ...     

外差干涉测量系统调焦的定心方法的研究

对光学系统进行调焦和确定旋转工作台的中心(本文称为定心)对许多测量系统来说是一个共性问题。本文结合一外差干涉测量系统,提出了一种简单易行的调焦和定心的方法,并对调焦和定心达到的精度进行了分析。     

基于外差干涉技术测量液体费尔德常数的实验研究

为了准确测量液体的费尔德常数,设计搭建了一套外差干涉实验系统,主要包括Mach-Zehnder干涉光路、声光调制器(AOM)及锁相放大器。葡萄糖溶液测量结果显示,其费尔德常数随其浓度的增加而有变化的趋势。此外,加正与负磁场所测得的费尔德常数并不相等,其原因是加正磁场造成葡萄糖分子的形变与加负磁场所造成葡萄糖分子的形变不同,形变大其费尔德常数也就越大。蔗糖溶液测量结果发现,在加正与负磁场时所得的费尔德常数没有明显变化,其原因是蔗糖水解时产生了右旋葡萄糖和左旋果糖,使得形变效应相互抵消。     

四自由度同步外差干涉测量系统设计

针对多自由度测量技术中存在的测量范围有限、精度低和阿贝误差等问题,设计了一种大行程、高精度、可溯源、四自由度同时测量的外差干涉测量系统。采用碘稳频532 nm固体激光器作为测量仪光源,结合光纤耦合技术对双频光进行空间分离。使用差分波前传感技术实现位移、俯仰角和偏转角的同步检测,并采用楔面棱镜测量直线度的变化。该测量系统可以抑制双频光混叠引起的非线性误差,行程范围为6 m,位移分辨率为0.13 nm,俯仰角和偏转角分辨率为0.026 μrad,直线度分辨率为14.88 nm,测量结果具有可溯源性。     

外差干涉仪光路调节方法及对拍频的理解

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。     

外视场拼接测量技术及其实现

由于单台高速摄像机无法满足高速测量领域对大视场、高帧频、高分辨力和高数据量处理的要求,本文对通过外视场拼接来实现大视场角目标测量的技术进行了研究。在分析和比较各种拼接方式的基础上,提出了由4个测量相机的外视场拼接实现大视场测量的系统方案。4台测量相机以"田"字型配置在跟踪架水平轴两端,拼接后在视场上实现了"一"字型大视场测量。采用提出的方案,设计和研制了外视场拼接测量系统样机。采用视场角为10°的镜头进行视场拼接,实际拼接后最大视场为40°(方位)×10°(高低);视差为360mm时,目标距摄像机大于247m无盲区,可以拍摄到完整的图像。     

线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置

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。     

混频激励生物电阻抗测量系统

为获得同一时刻，不同频率下的生物电阻抗信息，本文采用混频激励模式，对生物电阻抗进行测量。为了提高系统的测量精度，本文在虚参考矢量方法与乘法解调技术相结合的测量方法基础上构建而成。系统设计中采用了模块化设计思路，并通过DSP实现对各个模块的控制功能。上位机软件采用VB语言编写，主要实现对下位机配置、串口通信、显示数据等功能。以阻容器件为对象，利用Agilent4294A阻抗分析仪对系统进行了标定，证明该系统具有较高精度和准确性；以人体为对象，也获得与阻抗分析仪测量结果趋势一致的生物阻抗信息。     

基于多频外差原理的三维测量技术

提出了一种基于外差原理的三维测量技术,该技术由相位移法、外差原理和双目立体视觉3部分组成。相位移法和外差原理相结合能够自动完成相位展开,同时保持相移法原有的相位求解精度;然后根据相位展开后的相位图,使用双目立体视觉原理自动完成左、右对应点的立体匹配和被测物体的点云重构。利用基于多频外差原理的三维测量技术建立了一套三维测量系统,该系统由2个CCD摄像机和1个DLP投影仪组成。利用上述系统对人脸模型进行测量试验,测量结果表明该系统能够完成复杂自由曲面的测量,测量数据完整可靠。     

共光路外差干涉仪中激光束角漂移的影响

共光路外差干涉仪中激光束角漂移的影响＊李鹏生于瀛洁张琢于英满（哈尔滨工业大学哈尔滨１５０００１）０引言双频激光共光路外差干涉仪测量表面微细形貌原理如图１所示［１］,光路１和光路２的干涉信号的光强由光电元件接收。通过分析计算［２］,可得如下关系式：１．...