对称共路外差干涉法测量硬盘磁头飞行高度瞬态调制

在线检测硬盘磁头飞行高度(FH)是高密度磁存储技术商品化的重要环节。提出了一种对称共路双频外差干涉测量硬盘磁头飞行高度的方法,用于在线检测磁头飞行高度瞬态调制变化。采用横向塞曼激光器作为外差光源,结合高速相位测量技术,可实现对磁头飞行高度高分辨率(0.1 nm),高采样频率(100 kHz)直接在线溯源测量。通过对称布局的两路差动干涉仪结构,系统能自适应补偿环境振动等扰动引入的随机误差以及盘片复杂运动引入的阿贝误差,还可兼容透射式玻璃盘片模拟条件下的硬盘磁头飞行高度的测量。结果表明,当盘片的偏摆在1.2μm时,系统可清晰描述小于10 nm的飞行高度调制现象。     

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。     

大台阶高度测量的外差共焦方法

台阶高度是微电子产品的一个重要性能参数。基于双频激光干涉共焦显微系统(DICM)提出了一种微电子掩膜板台阶高度测量的扫描方法。在共焦显微扫描样品表面，当光强达到最大值时，将采样外差干涉的相位作为精确对准的判据。该扫描方法集中融合了外差干涉测量和共焦显微测量的优点，同时实现了高分辨率与较大量程的测量，该系统测量台阶高度的范围取决于Z向位移扫描仪PI-Foc的扫描范围，可达数十甚至近百微米。实验结果表明该系统在普通恒温的实验条件下1h内的漂移不超过5nm。该系统已经用于20μm高台阶的测量，对准分辨率为0．1nm，实验结果与台阶高度实际值有很好的一致性。     

共路外差干涉测量液晶空间光调制器相位特性

为了对液晶空间光调制器进行高精度的校准, 使其满足线性相位调制的应用需求, 采用共路外差干涉法测量了液晶空间光调制器的相位调制特性, 分析了实验系统的测量原理, 取得了液晶空间光调制器相位调制量随输入灰度值变化的实验数据, 并进行了线性校准。结果表明, 实验中所用的液晶空间光调制器的最大相位调制量为2.55π, 利用反插值法对20~240灰度范围内的相位调制曲线进行线性校正后的理论相位调制曲线非常接近理想线性曲线, 相位调制曲线与理想线性调制曲线的相关系数可达0.9996;该测量方法可克服传统测量方法对图像处理的依赖性, 具有较高的测量精度, 相位调制量直接通过锁相放大器就可获得。该研究为基于液晶空间光调制器的高精度波前校正和精密测量提供了参考。     

共光路干涉式微小楔角的绝对测量

提出一种对于微小楔角的绝对测量方法，这种方法具有很高的系统稳定性和抗干扰能力，测量速度和精度较一般光路也有很大程度的提高。     

一种测量液体旋光特性的共光路外差干涉技术

为了提高旋光特性检测的灵敏度,设计搭建了一套基于塞曼效应的共光路外差干涉仪应用于旋光液体的旋光特性检测.采用塞曼效应激光器作为光源能发出两束正交线偏光,简化了实验装置的复杂性;且在系统中利用平衡检测与差动放大器,可降低激光器本身与外部环境所造成的大部分噪声,从而提高检测灵敏度.结果表明,对(0～50)mg/dL的低浓度葡萄糖水溶液的旋光特性测量,其检测灵敏度可达2.3×10-5(°).这种结构简单的干涉仪可应用于固态、液体或气态旋光物质的旋光特性分析中.     

测量精度达2.6°的光外差干涉仪用动态相位计

结合用于磨床加工的光外差表面粗糙度在线干涉测量仪，文中介绍了高精度动态相位计的设计与实现。依据相位测量和整数周期计数相结合的原理，不仅提高了测量精度，而且将测量范围得以扩大；利用锁相环频率跟踪的特点，实现动态测量。在工作中心频率为２ＭＨｚ应用场合下，该相位计的测量精度达２．６°（相当于３．２ｎｍ），允许测量中最大多普勒频移±２０ｋＨｚ（对应高度的变化率±８．７５×１０＾－３／ｍｓ），完全满足磨床加     

横向剪切干涉中非共光路误差的识别与补偿

由于相移式横向剪切干涉不需要标准参考波面,因此它可以缩小干涉腔长、甚至实现绝对的共光路干涉,从而最大程度上降低了空气扰动和振动的影响,但实验室设计的相移式横向剪切干涉测量装置中的分束棱镜、剪切平板和五棱镜的制造误差仍然造成了发生错位的两波面间产生非共光路误差。通过剪切干涉测量装置中调整误差和非共光路误差的对比分析,提出了非共光路误差的计算方法,并在测试结果中进行非共光路误差的补偿。实验结果发现补偿非共光路误差后的面形误差与ZYGO干涉仪的测量结果非常接近。     

双色红外共光路辐照度测量系统设计

针对测量红外目标模拟器的辐照度值所设计的辐照度测量系统,其光学系统特点是改善辐射光束的能量分布,将能量集中到探测器上。根据双色和单色探测器的不同用途,单个双色探测器和两个单色探测器的双色红外共光路光学系统均能够满足辐照度测量系统的需求。双色探测器难以得到,但对应的光学系统结构简单,调制传递函数响应度高,实用性强;单色探测器容易得到,但对应的光学系统结构复杂,不过仍然有很好的像质,满足辐照度测量光学系统的要求。光学设计结果表明,3～5μm的中红外波段和8～12μm的长波红外波段在两个系统中同时较好地完成了像差校正,系统畸变都很小,最大不超过0.7%,调制传递函数曲线均接近衍射极限。     

外差干涉相位测量中信号串扰误差与补偿方法研究

为了解决外差干涉相位测量中多通道采样信号间的串扰误差对相位测量精度的影响,提出了一种基于采样信号频谱分析的预补偿方法来实现信号串扰误差的补偿和消除。首先建立基于锁相放大的正交鉴相法的信号串扰误差理论模型,阐明了串扰系数、输入信号幅值比和串扰信号相位偏移对相位测量误差的影响;设计仿真实验验证了该误差模型和补偿方法的有效性;然后基于紧凑型FPGA开发平台设计了相位测量实验,结果表明该补偿方法能够有效消除信号串扰误差的影响,补偿后相位测量的最大误差从0.34°下降到0.01°;最后搭建了外差干涉仪并与高精度的压电位移平台进行比对,实验结果表明补偿后的信号处理系统能够满足外差干涉测量的应用需求。     

基于表面等离子体共振和双频激光干涉相位测量的空气折射率测量

设计了一种基于表面等离子体共振和相位检测的空气折射率实时测量系统,该系统采用双频激光外差干涉光路和具有角漂移自适应结构的表面等离子体共振传感器。理论分析表明测量光信号的p、s分量的相位差相对于参考光信号的变化与空气折射率近似呈线性关系,并由此得到测量公式,传感器的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并大幅提高了测量灵敏度。与Edlen公式的测量比对实验结果表明,在44.0°入射角(共振角附近)和0.1°的相位测量精度下,空气折射率的测量精度优于5×10-6。该测量系统还可为更高精度的空气折射率测量仪提供足够精确的初值。     

用改进的光谱相位相干直接电场重构法装置测量飞秒激光脉冲的相位

在对光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)硬件和软件进行深入研究的基础上,建立了光谱相位相干直接电场重构法测量系统。测量装置中,利用厚度为50μm的非线性晶体(BBO)来保证测量装置的带宽,并对分束镜进行改进,使之引入色散减小。自行开发了一套基于Labveiw软件的光谱相位相干直接电场重构法测量系统,并能够用于实时测量。其中在还原算法中以脉冲对倍频干涉条纹中的ωτ作为线性快变项,并只对具有干涉条纹部分的频率范围进行还原相位,大大提高了光谱相位相干直接电场重构法测量的精度。用此系统测量了钛宝石激光振荡器的输出脉冲特性,并与干涉自相关比较,证实了测量的准确性。     

激光外差干涉仪相位计的设计

外差信号的比相处理是决定外差干涉仪精度、分辨率等性能的重要因素。为了解决比相计的分辨率和检测速度之间的矛盾,采用比相方法进行了测量原理、应用特点及局限性的理论分析,给出了相应的解决方案。结果表明,基于现场可编程门阵列的整周期采样可以提高自相关方法的测量精度,混频过零检测方法可以提高测量速度。     

自动相位步进技术在电子条纹干涉测量中的应用

采用闭环增益转换技术，通过一个同步信号或选择一个恰当的反馈环路参数，可得到一个连续的相位步进，实现自动相位步进在光纤光学中电子条纹干涉。这种技术既可用于单点也可用于图像结构的测量。     

基于数字散斑剪切干涉术的三维面型测试

基于数字散斑剪切干涉术的原理, 研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法, 使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图, 减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失, 实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程, 控制剪切散斑干涉图的精确定向平移, 得到了4个干涉图, 实现了数字四步相移, 代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移, 从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程, 也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明, 该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程, 也提高了测试精度, 其精度可达到1/10波长。     

基于数字散斑剪切干涉术的三维面型测试

基于数字散斑剪切干涉术的原理,研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法,使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图,减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失,实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程,控制剪切散斑干涉图的精确定向平移,得到了4个干涉图,实现了数字四步相移,代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移,从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程,也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明,该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程,也提高了测试精度,其精度可达到1/10波长。     

偏振分光镜分光性能非理想对激光外差干涉非线性误差的影响

为了减小激光外差干涉纳米测量的非线性误差,必须明确偏振分光镜(PBS)分光性能非理想对非线性误差的影响机制.推导出非理想情况下偏振分光镜透射率和反射率的激光外差干涉非线性误差模型,建立了偏振分光镜分光性能非理想对非线性误差二次谐波的影响模型.仿真结果表明,偏振分光镜的透射率和反射率非理想对非线性误差的影响为一次谐波,且偏振分光镜分光性能越差,其对非线性误差的影响也越大.在偏振分光镜反射率为0.90的情况下,偏振分光镜透射率从1减小到0.90时,非线性误差由0.62 nm增大到1.24 nm.当存在偏振分光镜旋转角度误差时,偏振分光镜分光性能非理想引起的非线性误差不增加二次谐波分量,但增大了非线性误差一次谐波分量,严重影响非线性误差的大小.当偏振分光镜旋转角度误差为5°时,偏振分光镜透射率从1变为0.90,非线性误差从0.39 nm增大到1.41 nm.     

磁光盘盘温的自动控制和测量系统设计

本文概述了温度对磁光记录特性的影响及盘温测量的重要性,设计出了实现磁光盘有温自动测试和控制的新型系统。该系统集数据采集、数据处理和参数计算等功能于一体,应用软件具有交互性强户界面友好等特点。