应答着陆系统测角误差分析

应答着陆系统(Transponder Landing System,TLS)是一种基于应答机的精密进近着陆引导系统,采用相位干涉仪测角原理获得飞机的方位和仰角信息。从应答着陆系统的基本测角原理入手,分析了该系统的测角精度和误差来源。重点分析了因接收通道不平衡和多基线干涉仪测角的相位模糊引起的相位误差,并针对各自的特点提出了消除接收通道失衡和噪扰条件下解相位模糊的办法。通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。     

纳米精度双频激光干涉仪非线性误差的确定方法

介绍了确定纳米精度双频激光干涉仪非线性误差的两种方法：纳米比对方法和幅值估算方法,前者通过将双频激光干涉仪和计量院纳米精度F-P干涉仪进行纳米比对确定非线性误差,具有测量结果直接和米定义溯源的优点;后者通过测定偏振干涉仪测量信号的幅值调制度估算非线性误差,具有简单易行、受外界因素干扰小等优点。实验结果表明,对于此干涉仪系统,非线性误差的测量结果小于2．5nm,估算结果为1．4nm,两者在误差允许的范围内一致。     

单频长基线激光干涉仪的在线稳定性监测方法

研究了一种长基线激光干涉仪的在线稳定性监测技术,可用于纳米量级的位移和振动测量。构建了一个臂长22m的激光干涉仪用于位移和振动测量。基于相位生成载波(PGC)解调技术,通过在相位调制载波中增加已知频率、固定幅值的指示信号,利用指示信号的幅度变化,实现激光干涉仪的工作状态监测,以及测量环境的变化与波动的指示。实验结果表明,加入已知幅度频率的指示信号可以实现激光干涉仪在线运行状态的监测。该方法的优点是没有增加硬件负载,可实现激光干涉仪的在线稳定性监测,简化了干涉仪调试过程,提高了运行效率。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

激光合成波长纳米测量干涉仪的非线性误差分析

描述了激光合成波长纳米测量干涉仪的测量原理,分析了非线性误差对该干涉仪的影响,得出了由偏振光非正交、椭偏化和光学元件偏振非正交及椭偏化等对该干涉仪造成的非线性误差为偏振态误差的二阶或高阶小量。进行了激光合成波长纳米测量干涉仪和激光外差干涉仪的对比实验,结果表明激光合成波长纳米测量干涉仪的最大误差为2.1nm,优于激光外差干涉仪的最大误差7.5nm,验证了激光合成波长纳米测量干涉仪的优越性。     

消除光强调制影响的双波长正弦相位调制干涉仪

在双波长半导体激光(LD)正弦相位调制(SPM)干涉仪中,通过注入电流调制LD波长的同时,光源的输出光强也被调制,影响了测量精度。提出了一种新的双波长LD SPM干涉仪,通过对干涉信号进行处理,得到与干涉信号相位相关的线性方程组,利用该方程组精确计算相位,消除了光源光强调制的影响,使测量误差由6μm减小至1μm,并利用该干涉仪与波长扫描技术相结合实现了绝对距离的测量,当待测距离为60~280 mm时,测量结果的重复性为1μm。     

减小正弦相位调制菲佐干涉仪多光束干涉影响的方法

在利用正弦相位调制菲佐干涉仪进行测量时,由于菲佐板及待测物体表面对入射光的多次反射而产生多光束干涉,干涉信号的强度随相位变化不是严格的余弦分布.按照双光束干涉的算法进行相位信息提取,会引入一定的误差.以正弦相位凋制菲佐干涉仪纳米精度微小位移测量为应用背景,分析多光束干涉情况下该干涉仪信号解调算法的误差,进而对干涉仪的相关参数进行优化,并通过误差补偿对测量结果进行修正,有效减小了多光束干涉产生的影响.     

复合光源实时微振动干涉测量仪

提出了一种新的实时微振动激光干涉测量仪。通过采用复合光源和反馈系统，有效地消除了激光二极管-正弦相位调制(LD-SPM)干涉仪中由电流调制所带来的测量误差和外界干扰所带来的影响，实现了物体微振动的纳米精度实时测量。     

十三步光栅横向剪切干涉相位复原算法

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差,是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素,为此,提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法,在消除零级串扰的同时,还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明,当相移误差不大于25°时,相位复原误差小于0.01°(即2.8×10-5λ)。对于λ=193.386nm,相位复原误差小于0.005nm。因此,通过系统误差校正,光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。     

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。     

电调谐波长移相干涉术

为了实现一体化结构干涉仪的现场数字化检测,提出了一种电调谐波长移相干涉术,通过控制注入电流,调制半导体激光器（LD）的波长,从而实现时域移相干涉。通过优化传统的随机移相干涉模型,采用最小二乘求解线性回归模型迭代算法求解相位,抑制了电调谐的控制精度有限、LD非线性引起的不等间隔移相,以及环境震动引起的各采样点位相变化不同步的干扰。将该方法应用于现场检测的便携式斐索干涉仪上,利用其与Zygo GPI XP/D型干涉仪测量同一块光学平晶,测量结果的峰谷值偏差为9.91 nm,均方根值偏差为5.22 nm,能满足现场定量检测的精度要求。该方法还可以应用于其他类型的激光干涉仪中。     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

一种激光外差干涉非线性误差新颖测量方法

为了精确测量激光外差干涉非线性误差,提出了一种新的激光外差干涉非线性误差测量方法。通过对来自激光外差干涉测量臂的输出信号直接进行数据采集和频谱分析,分离出非线性误差的一次谐波和二次谐波分量,得到非线性误差相对测量信号之间的幅度比值;通过建立激光外差干涉非线性误差与幅度比值之间的模型,实现对激光外差干涉非线性误差的精确测量。实验结果表明,应用非线性幅度模型和频谱分析的方法能够精确地测量激光外差干涉非线性误差,相对其它测量方法具有结构简单、易于实现、避免传感器引入非线性误差等优点。     

光栅多普勒纳米干涉仪

用横向塞曼激光作光源构成的 Dammann光栅多普勒干涉仪有利于降低热膨胀影响 ,测量过程中干涉臂长不变、便于克服折射率漂移 ,具有 0 .7nm分辨率。分析了光栅退偏效应的影响 ,与差动双频激光干涉仪进行了比对。实验结果表明 ,光栅间距光学 8细分等间隔 ,当光栅栅距为 2 0μm时其测量非线性误差不超过 2 5nm。     

相位凝固技术中干涉信号调制解调误差分析

为了进一步减小基于相位凝固技术的激光反馈干涉系统测量运动物体微位移时的测量误差,采用MATLAB数值仿真及曲线拟合的方法,对移相间隔和外腔反射面振动幅度引起的系统误差进行了理论分析。在系统实验中依据相位凝固原理对物体运动产生的干涉信号进行采样,获取多组光功率曲线,在光功率曲线上实时判向并标记特征点。根据特征点重构被测物体的微位移曲线,对重构得到的微位移台阶曲线进行多项式拟合以提高测量精度。结果表明,在固定移相间隔为/5、激光器波长为1550nm的情况下,测量分辨率优于/20(77.5nm),实际测量的绝对误差最大值为47.98nm,峰峰值误差平均值小于1nm。相位凝固技术调制解调干涉信号为微位移的方向辨识和高精度测量提供了新的解决方案。     

可用于差拍法珀干涉仪的633nm可调谐外腔半导体激光器

为更好地改善差拍法 珀干涉仪用于对纳米干涉仪进行非线性比对和校准场合的性能 ,提出用 6 33nm外腔半导体激光器代替He Ne激光器 ,并针对差拍法 珀干涉仪对工作激光器的要求 ,设计和实现了 6 33nm可调谐外腔半导体激光器。用前端镀增透膜的 6 37nm量子阱结构半导体激光器件及工作于Littrow自准直状态的光栅作为反馈元件 ,构成外腔激光器。实验结果表明 ,该激光器具有比较窄的光谱线宽 ;通过控温和旋转光栅 ,获得了覆盖 6 33nm的 4nm的调谐范围 ;通过控制频率调谐器 ,得到了 1 8GHz的连续调谐范围。     

采用短相干光源的动态斐索干涉仪

为了实现斐索型干涉仪的动态干涉测试,研究了一种采用短相干光源的动态斐索干涉仪。以中心波长为638 nm、带宽为0.1 nm的二极管泵浦固体激光器作为光源,与偏振延迟装置结合得到一对短相干正交线偏振光,通过调节光源模块中两支线偏振光的光程差来匹配斐索干涉腔的长度,从而获取一对光程差为0的相干光束。使用偏振相机采集得到四幅位相依次相差/2的移相干涉图,按照四步移相算法解算相位,恢复待测元件的表面面形。采用光强归一化算法有效地抑制了偏振态误差导致的移相干涉图光强不一致在最终恢复波面中引入的一倍频波纹误差。采用琼斯矢量和琼斯矩阵分析了干涉图对比度与s光和p光光强比值的关系,并分析了1/4波片方位角误差对最终恢复波面的影响。利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量了同一块光学平晶,其均方根值相差0.024,峰谷值相差0.026。     

激光多普勒测速中连续波调频非线性的分析与校正

基于多普勒效应的线性调频激光测速系统的原理是:激光照射到运动目标,引起光束频率发生改变,返回的光束与本振光进行相干混频后得到多普勒频移,进而可以推算出目标的相对运动速度值,但调频的非线性严重影响了测量结果的准确性。仿真分析了调频非线性对测量的影响,调频非线性会使混频后频移产生误差,造成速度测量不准,并且影响速度极性的判断,验证了激光调频线性度对测速有很大影响的结论,并对校正调频非线性提出了可行的方法,完成了调频线性化的矫正,降低了系统测量误差。     

Phase-sensitive interrogation of fiber Bragg grating resonators for sensing applications

This paper discusses a phase-sensitive technique for remote interrogation of passive Bragg grating Fabry-Pe/spl acute/rot resonators. It is based on Pound-Drever-Hall (PDH) laser frequency locking, using radio-frequency phase modulation sidebands to derive an error signal from the complex optical response, near resonance, of a Fabry-Pe/spl acute/rot interferometer. We examine how modulation frequency and resonance bandwidth affect this error signal. Experimental results are presented that demonstrate, when the laser is locked, this method detects differential phase shifts in the optical carrier relative to its sidebands, due to minute fiber optical path displacements.