论计量圆光栅的质量指标

本文应用信息理论建立莫尔-富氏光场的数学模型,讨论误差对莫尔信号的调制,以期作为规定计量圆光栅质量指标的依据。所得结论对计量长光栅也同样适用。     

计量光栅信号质量综合评价系统

光电轴角编码器中的莫尔条纹信号质量决定了整个系统的细分精度。计量光栅信号质量综合评价系统由编码器、数据采集卡和相应的软件组成，采用一种以莫尔信号离散采集和数据处理为主的数字化检测方法，实现了莫尔条纹信号质量各项指标的评价，对提高测量精度以及光栅系统的设计具有一定意义。     

分步重复投影光刻机同轴对准系统

对投影光刻机同轴对准系统进行了理论分析，阐述了系统的成象机理和工作过程，并在整机上检测了同轴对准系统的重复精度。该系统在掩模和硅片均刻有对准光栅标记，对光栅衍射后形成干涉信号，使对准信噪比大大提高，并实现了掩模和硅片之间的直接对准，同时利用光弹性调制器组件对光学信号进行了光学调制，由电路实施解调，提供了一种保持高信噪比，又使弱信号探测不降低精度的对准方案。该系统可适用于各种硅片衬底，工艺适应能力强     

光栅微振动测试传感技术的研究

提出了一种微弱地震波信号新的检波理论和方法．设计了一种测微振动传感器，采用光栅谐振子为敏感元件，将地震的机械信号转换成光调制信号——莫尔条纹，再用光电器件将其转换成数字化电信号．采用80倍细分技术，使传感器分辨力达到125nm；用MATLAB软件对PIC单片机记录的信号进行振动过程重构．结构中设计了横向限振片和光栅调节器，对光栅间隙、光栅间纵横向夹角进行调节，有效地限制了光栅间隙及角度的变化产生的误差．同时也校正了光栅的累积误差．有效地抑制了横向振动，提高了系统精度，同时可降低对该系统的横向限振要求，有利于结构设计．由于该传感器直接将地震的机械信号以脉冲数字信号输出，避免了器件精度不同对传感器输出数据质量的影响，简化了组装工艺．重点介绍了光栅数字地震检波器的结构设计、理论分析、辨向细分技术等．最后给出了测试数据和结论．     

圆光栅直径误差数字化自动检测

本文在数字化莫尔条纹轮廓采集和微处理机数字处理基础上提出了一种新的圆光栅直径误差检测方法,从而实现圆光栅的自动化快速检测,以软件功能代替了一些原来由人工、机构、硬件等部分所完成的工作。在数据平差处理意义下实现了信号质量的改善和高精度信号二次细分及鉴相,信号鉴相基准选在信号平均幅值处,由于信号的数字化,鉴相基准得以在幅值平差平均下跟踪。圆光栅的直径位置定位由CTC定时计数来完成,圆光栅偏心用对径鉴相值相叠加来克服。另外由于软件的灵活性,此方法通用性较强。这种数字化方法的采用还有利于圆光栅多个指标的同时检测。     

应用光栅自成像的编码器莫尔条纹信号提取

为解决高密度圆光栅的工程应用难题,应用光栅自成像原理,用较大的光栅副间隙获得了高质量的莫尔条纹信号.文中用傅里叶光学理论分析了单色平面波照明下的双光栅菲涅耳衍射场,建立了双光栅菲涅耳衍射场光强分布的数学模型,并用MATLAB软件对光栅菲涅耳衍射像光强分布和莫尔条纹信号进行了数值仿真,分析了各种参数对莫尔条纹信号的影响,最后通过信号提取实验对理论分析进行了验证.     

光栅纳米测量中的系统误差修正技术研究

详细研究了光栅纳米测量系统的误差特性 ,以及利用激光干涉仪对高精度光栅测量系统的系统误差进行检测、并在信号处理中予以补偿和修正的方法。实验表明 ,通过这种系统误差修正方法对周期累计误差和细分误差同时进行修正 ,能够大幅度地将计量光栅系统的测量准确度从微米或亚微米量级提高到纳米级水平 ,以实现光栅纳米测量。     

用改进的小脑模型神经网络实现光栅信号连续细分

光栅测量系统常用硬件进行信号细分，存在细分数不高、硬件复杂等问题。为此，研究了一种神经网络细分方法，即利用一种改进的小脑模型神经网络的泛化能力实现光栅信号的连续细分。该小脑模型神经网络采用直接权地址映射技术，将光栅样本信号直接映射到联想存储器，对非样本信号经联想泛化即可实现连续细分。仿真实验结果表明，仅用少量样本即可达到很高的细分精度。     

不依赖于长度基准的光栅细分精度的评定方法

分析了光栅细分精度与利萨如图形的关系，给出了通过利萨如图形评定光栅细分精度的方法。该方法将对测量条件要求极高的细分误差评定工作转化为普通的电压测量和计算，使光栅细分精度的评定不再依赖于高精度的长度基准。该方法适用于各种误差模型的光栅信号，也适用于其它任何以相位差为９０度的两种信号进行细分计量仪器。     

纳米光栅微陀螺前置放大电路的设计与分析

针对纳米光栅微陀螺输出微安甚至皮安级的微弱电流信号,设计微弱电流信号的前置放大电路,研究微弱电流信号检测与电路稳定性的理论,提出一种低成本、低噪声、高信噪比的微弱电流检测方法,即高阻型的I-V转化法,并给出高阻型I-V转化电路的响应带宽计算公式以及电路稳定性的分析方法。通过搭建测试台,对电路性能及功能进行实际测试。实验结果表明:该电路可对皮安级的微弱电流信号进行检测放大,电路灵敏度为10 mV/pA,最大检测误差为1.5%(当输入微弱电流值10 pA时),满足纳米光栅微陀螺的微弱电流检测的需求。     

衍射光栅刻划机精密工作台定位特征识别试验研究

针对机械式衍射光栅刻划机精密定位工作台定位过程中产生的振动信号特性与光学性能指标（杂散光强度和波前质量）之间的关系,提出利用改进的Hilbert-Huang变换(HHT)获得的时频谱和边际谱对超精密工作台精定位特性进行研究。首先,给出了基于固有模态函数（IMF）筛选和瞬时频率差分求解的HHT信号处理算法。然后,设计了光学测量实验获得工作台50nm定位信号。最后,完成精密定位信号的特征提取和振动测试验证。结果表明:利用改进的HHT可以精确地完成精密定位信号的特征提取,从而为在衍射光栅的制造工艺中从根源上降低衍射光栅的杂散光强度和提高波前质量提供依据。     

两米光栅——线纹自动测量仪（一）

描述了一台能够对长度达１ｍ的线纹尺和长度达２ｍ的光栅尺（线位移传感器）进行测量的激光干涉仪，干涉仪设计成了双干涉光路系统，以消除光栅尺安装引入的阿贝误差，这台测量仪采用干涉条纹计量原理，对光栅尺和线纹尺的线值精度进行检测，并能对光机信号的质量进行评价。测量过程中，对空气折射率实现了实时修正。     

基于EMD算法的光栅莫尔条纹信号去噪方法研究

针对计量光栅莫尔条纹信号的质量问题,提出了基于经验模态分解（EMD）算法对非平稳光栅莫尔条纹信号模型的去噪方法。建立非平稳的光栅时变信号模型,利用EMD算法不需要定义滤波器参数的自适应性优点,对添加不同噪声的多组光栅信号模型进行了滤波分析的仿真实验,其信噪比和均方根误差两项指标优于均值滤波、小波阈值去噪方法。对两路正余弦理想信号添加高次谐波分量,通过对比EMD算法抑制高次谐波前后的李萨如图形,验证了该方法在去噪过程中对光栅莫尔条纹信号正弦性误差补偿的良好效果。     

基于比值线性化的高适应性光栅细分方法研究

电子细分是光栅位移传感器实现纳米级分辨率测量的关键,细分误差由细分方法和光栅信号质量共同决定。针对信号实时修正方法在小步距测量和一些复杂工况环境下的局限性,从提高细分方法对非理想光栅信号的适应性的角度出发,提出了基于信号比值线性化的新型电子细分方法,构建了2种实时补偿信号以进一步提高信号的线性度;详细阐述了所提细分方法的细分原理,分析了其在非理想光栅信号输入情况下的细分误差;实现了最高为0.003μm的理论细分精度和0.08μm的实际细分精度。数值仿真和对比实验结果表明,所提细分方法对非理想光栅信号的适应性明显优于常用的反正切细分法和正余弦绝对值相减细分法。     

反射光学式位移检测系统

系统由半导体激光器、聚焦镜头、反射式标尺光栅、四裂相指示光栅和光电接收元件组成。该系统具有光学两倍频作用和大光栅副间隙下使用及间隙对莫尔条纹信号调制度不敏感等特点,并且整体结构分离式、小型化和轻型化,在各类精密测量装置和精密加工仪器中将得到越来越广泛的应用。本文介绍这种反射光学式位移检测系统的结构原理,系统特点和应用。     

A miniaturized sensor consisting of concentric metallic nanorings on the end facet of an optical fiber

A polarization-independent optical sensor is created by fabricating a concentric gold ring grating with a period of 900 nm on the end facet of an optical fiber. The sensing function of this miniaturized device is realized by sending white light as a probe to the gold rings and collecting the response signal in the back-reflection through the optical fiber. A pronounced peak due to the Rayleigh anomaly of the gold ring grating is observed in the reflection spectrum, the center wavelength of which is sensitive to the change in the environmental refractive index of the fiber end facet. Theoretical analysis not only shows excellent agreement with the experimental results, but also gives insights into the mechanisms of this kind of sensor. Using the center position of the Rayleigh peak as the response signal, a high sensitivity dλ/dn of 900 nm per unity refractive index is realized for this sensor and a resolution of Δn/n ≈ 1% is demonstrated in preliminary experiments. The sensitivity is solely determined by the period of the grating.     

Pitch-modulated phase grating and its application to displacement encoder

Abstract

A binary phase grating with modulated pitch is investigated for a simple displacement encoder. The grating consists of a binary phase grating to eliminate the zeroth-order diffraction, and the pitch of the grating is modulated to compensate the higher harmonics of the encoder displacement signal. Therefore, an undistorted sinusoidal signal as a function of displacement is obtained by simply superimposing a conventional binary grating on the pitch-modulated phase gratings for any air gap between the gratings. The characteristics of the proposed gratings and the encoder signal are investigated by the Fresnel diffraction theory. The proposed grating has been fabricated lithographically, and the signal was examined experimentally. Considering these results, the proposed technique can suppress interpolation error and will be useful for an encoder in precision machining.     

阶梯形浮雕和折射率位相光栅的衍射性质比较

位相全息图一般既有浮雕调制又有折射率调制,它们都会对衍射特性产生影响。利用以严格电磁波理论为基础的模式匹配法（ＭＭＴ）,从理论上比较了阶梯形浮雕位相调制光栅和折射率位相调制光栅对ＴＥ波的各级衍射效率。尽管它们同一周期内的相应部分所引起的位相变化相同,但随着光栅层厚度的加大两种位相调制光栅的各级衍射效率会出现差别。这种差别与周期有关。并将矢量理论的结果与标量理论的结果进行了比较,研究结果对研究全息术     

Polarization-independent tunable spectral slicing filter in Ti:LiNbO3

A two-port polarization-independent tunable spectral slicing filter at the 1530?nm wavelength regime is presented. The design utilizes an asymmetric interferometer with a sparse index grating along its arms. The sparse grating makes it possible to select equally spaced frequency channels from an incident WDM signal and to place nulls between them to coincide with the signal comb frequency. The number of selected channels and nulls between them depends on the number of coupling regions used in the sparse grating. The free spectral range depends on the spacing between the coupling regions. The Z-transform method is used to synthesize the filter and determine the spectral response. The operation of a device with six coupling regions is demonstrated, and good agreement with theoretical predictions is obtained. A 3?dB bandwidth of ～1?nm and thermal tuning over a range of ～13?nm are measured.