基于激光频率分裂的波片位相差测量方法

应用激光频率分裂技术可以测量波片的位相延迟。将波片插入到激光谐振腔内,使激光纵模产生分裂,分别探测由同级和不同级分裂纵模产生的相邻两个频差,就可以求得波片的位相延迟。这种方法只需测量频差而不依赖于任何机械量的测量,并可以将位相延迟的测量溯源到激光的波长上。实验表明,该系统的测量分辨率可达0.003°,多次重复测量的偏差在0.05°以下,系统不确定度对于厚度1.5mm的石英晶体1/4波片约为1′。     

红外复合宽带波片的研制

波片延迟片是光学系统中常用的一种重要光学器件。通常所指的λ/2和λ/4波片是对某特定波长而言的 ,当光波波长偏离该特定波长时 ,其位相延迟量也将随之发生变化。在光谱整形、激光调谐和光通讯等领域中经常使用宽带波片 ,它在一定带宽内的延迟量是相同的。国内大多数的厂商一般只能生产单波段波片 (带宽仅± 4 0nm) ,本文用计算机仿真设计了红外宽带高精度复合波片 ,采用石英晶体材料加工出来的复合波片性能与设计指标符合得较好。波片适用范围为 12 0 0～ 16 5 0nm ,中心波长为 1390nm ,λ/2 波片的位相延迟量范围为 180 .0°± 3.6°,λ/4波片的位相延迟量范围为 90 .0°± 3.6°,即相位延迟误差λ/10 0。     

测试消光比的衰减系统研究

基于偏振干涉原理,设计了一种用于测量偏光镜消光比的连续可调智能化衰减系统。该系统由3个标准偏光镜、1个632.8 nm的1/4波片、1个步进电机和微机共同组成,其中1个偏光镜的主透射方向和波片快慢轴的夹角为45°并组成标准圆偏器,利用计算机控制步进角为0.25°的步进电机旋转圆偏器,从而达到连续衰减光强目的。其衰减范围可在0~60 dB间扩展,插入损耗小于1.2 dB。用该系统测量时,可得到优于10-7量级的消光比值。对衰减系统的调节机理进行了分析,并给出圆偏器旋转不同角度下系统的透射曲线。     

一种确定波片快慢轴方位的新方法

提出了一种新的波片快慢轴的确定方法,此方法是将待测波片置于起偏器和检偏器之 间,通过旋转待测波片,对出射光的光强进行两组数据测量,就可以确定待测波片的某一光学主轴,再通过判断出射光的偏振态来确定该光学主轴是快轴还是慢轴。本方法对测量用的光源波长、光电探测器的线性、暗流及各向同性性均没有要求,可以确定出任何相延角波片的快慢轴,定轴精度可达±0. 1°。     

利用椭偏仪测量波片特性

波片是一种常用的光学元件,特别是1/4波片和1/2波片在光学仪器中起着重要的作用。波片有两个主要参数;快轴和慢轴透射光之间的位相延迟角Δ和快轴和慢轴振幅透射系数之比R。对于理想的1/4波片;R=1,Δ=90°。许多测定波片参数的方法均是以测量一定偏振方位下的光的强度为基础的,故在测量中对光源的稳定性和光电接收器的线性、暗电流     

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。     

基于激光回馈效应的液晶双折射特性测量

准确的双折射特性测量对于液晶的实际应用具有重要意义。研究了液晶材料的工作原理,以激光回馈效应为基础,搭建了各向异性外腔回馈双折射测量系统,对不同驱动电压下液晶的双折射特性进行测量。测量结果表明,各向异性外腔回馈双折射测量系统测量精度在0.3°之内;通过施加0~24V交流电压,液晶材料双折射率在2.74×10-1~2.39×10-3范围内变化,对应各向异性呈现出460°~5°的大范围位相延迟值。电压范围在0.7~2V时,电压-双折射率关系表现出较好的线性度,通过线性拟合对该范围内电压-双折射率关系进行计算,其线性度优于95.5%。液晶材料可以提供稳定的位相延迟,同一电压值下的位相延迟短期重复性优于0.52°,长期重复性优于4.5°。     

大口径波片空间相位延迟量误差研究

波片相位延迟量的常用检测方法只是针对激光光束直径(2 mm左右)的光束测出的平均值,对于大口径波片空间相位延迟量的检测,本文提出基于菲索干涉仪的检测方法,建立了波片的空间相位延迟量误差与干涉图样之间的理论数学模型,理论分析了影响相位延迟量误差主要因素有:光源的光谱宽度、石英晶体的空间折射率分布以及波片的面形误差；利用MATLAB程序编程,进行了数值计算,若要求波片的相位延迟量总误差小于一般波片测试误差1°,则光源的光谱宽度应小于0.2 nm,石英晶体的空间折射率分布误差应小于0.005,面形误差应小于200 nm；实验室搭建菲索干涉仪,选取了口径25.4 mm的石英波片进行测试,测试效果良好,测量精度为0.05°。     

一种新型激光扫描式大工件孔-孔同轴度测量仪

介绍了一种新型的基于激光扫描原理的大尺寸工件孔—孔同轴度测量原理和测量仪器。由于采用了反馈系统自动调节补偿光束漂移、大气扰动的误差 ,使精度有了较大提高。在3 0 m测量范围内相对误差可达 2× 1 0 -6。可应用于大型工件设备的制造和装配过程中的检测。     

大尺寸支承孔系同轴度激光测量系统及其精度分析

本文对于大尺寸支承孔系同轴度的激光测量系统进行了说明与精度分析,给出了激光测量系统的结构和数学模型,讨论了各种系统误差和随机误差对于测量精度的影响,提出了测量系统的精度公式.分析结果表明,该方法的测量精度可以满足大尺寸直线性和同轴度测量的要求.     

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。     

双纵模激光拍频干涉仪的研究

介绍了一种可对大尺寸工件进行无导轨精密测量的系统。以有高稳定性和强抗干扰能力(室外可达10^-7)的双纵模热稳频He-Ne激光器为光源，其拍频约为790MHz，拍频波长约376μm；以节点为对准标志，最邻近节点到被测点的间距用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪测量，分辨率为0．08μm。采用自适应滤波和小波运算大幅度地降低了光电信号噪声，并强化波形。测试表明，测量的不确定度优于30μm／10m，整个测量系统可在0～20m范围内工作。     

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.     

直线导轨四自由度同时测量方法的研究

提出了一种基于半导体激光单模光纤组件同时测量直线导轨四自由度误差的新方法。以单一准直的激光束作为测量基准,用角锥棱镜和分光器分别作为直线度误差、角度误差测量的敏感器件,实现了水平和竖直方向直线度及俯仰角、偏摆角四个自由度误差的同时测量。分析了系统的测量原理,进行了稳定性、重复性以及与美国API 5D测量系统比对实验,理论分析和实验结果表明,系统测量直线度的分辨率小于0.1μm,角度的分辨率小于0.5″,在测量距离为2 m的条件下,直线度、角度测量精度分别为±1.0μm/m,±0.5″。测量方法具有结构简单、移动部分不带电缆和现场测量方便等优点。     

以无衍射光为基准的内孔同轴度测量仪

沿着z轴方向传播的无衍射光决定了一条空间直线。加之无衍射光束的光轴比准直激光束稳定,适于作空间直线度/同轴度误差测量的直线基准。以无衍射光为基准,结合圆度测量及其修正技术,实现了一种内孔同轴度的高精度测量技术。介绍了内孔同轴度测量技术的工作原理,并从误差的理论分析和试验来作了证明。     

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。     

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.     

大型机械零部件孔同轴度测量技术研究

本文提出测量大型机械零部件孔同轴度的新方法。采用单模光纤尾纤半导体激光器作光源的激光准直系统为测量提供的基准线。同轴度由多个截面的光斑中心坐标值和圆周采样数据按一定的算法计算。测量结果表明,该方法具有良好的可行性和灵活性。该系统可用于大孔同轴度的高精度测量。