伺服控制的激光跟踪器

美国马里兰的CHESAPEAKE激光系统公司已制成一种激光坐标测量系统,据称其测量的速度、量程和精度均优于现有系统.此种CMS1000系列激光目标测量系统,在27m3的区域内,用激光干涉测量法测定运动物体的位置,测量精度达到1μm,测量速率超过200Hz.显然,CMS-1000不同于标准的用一伺服控制跟踪器测量三维运动的线性干涉测量法.     

光程差倍增的纳米级精度激光干涉仪

介绍了一种新型的纳米级精度位移测量激光干涉仪。提出了耦合差动干涉的新方法。通过对光程差进行倍增 ,提高了干涉仪的分辨率和稳定性。该干涉仪结构简洁紧凑 ,光路布局对称性好 ,不存在死光程 ,容易装调 ,符合阿贝原则和结构变形最小原则 ,在 10 mm (可以扩展至 50 mm )测量范围内 ,获得了λ/16 0 0的分辨率和纳米级的测量精度。     

光栅干涉位移测量技术发展综述

介绍了经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统、同心圆光栅2维位移测量系统、2维光栅位移测量系统的测量原理,阐述了各系统的关键问题及不足之处。同时结合双频激光干涉仪外差干涉思想,在单光栅测量系统的基础上,提出了双波长单光栅式纳米级位移测量方法,并通过分析系统特点指出该方法能实现大量程测量、获得纳米级的精度和分辨力。在对各种测量方法进行综合比较之后,总结了光栅测量的关键问题,并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

面向下一代低低跟踪重力测量的星间激光干涉测距系统误差分析

星间激光干涉测距系统是下一代低低跟踪重力测量卫星的核心载荷,要求实现纳米级位移测量精度.针对此要求,设计了一种具有锁相应答转发体制的激光干涉测距系统,依据系统组成与工作原理推导系统测量原理、频率传递关系,顶层剖析分解激光干涉测距系统中的测量误差项,对各误差项建立预算模型,并进行合理的数值计算,总体实现优于7.5 nm/Hz1/2@0.1 Hz(0.1 Hz为傅里叶频点)的星间距离变化测量精度,满足下一代低低跟踪重力场高精度反演对星间激光干涉测距系统的测距需求.     

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%。     

激光干涉测量系统非结构性误差的分析与补偿

介绍了测量系统中双频激光干涉仪的测量原理。针对测量系统精度要求高的特点,深入分析了环境及安装因素对测量结果的影响,尤其是激光波长、镜面面形、数据延迟、反射镜安装非正交等4种干涉仪非结构性误差,研究各种误差对测量结果的影响,并给出相应的误差补偿方法。结果表明,这些补偿方法有效地消除了环境及安装误差对整个测量系统的影响。     

基于光纤双波干涉的台阶高度在线高精度测量研究

提出一种基于双波干涉的台阶高度光纤在线干涉测量系统。利用光纤光栅(FBG)只反射布拉格波长的特性,使两个波长同时并独立地工作于同一个光纤干涉测量系统中,每个波长的干涉信号分别并同时被探测,将测量量程扩大为半合成波波长。利用反馈电路补偿环境干扰对光纤干涉测量系统的影响,使光纤干涉测量系统适合于在线测量。本光纤干涉测量系统可测量的最大台阶高度达1mm,测量分辨率小于1nm。     

利用斐索干涉测量激光波长

在激光应用中需要精确、快速测量所用激光的波长,本文介绍了一种测量激光波长的方法,其光路基于斐索干涉仪,并通过光路准直与滤波而产生平行干涉条纹,通过线阵CCD采集并经计算机处理后能够以较高的精度测量激光波长。     

一种调频连续波干涉仪激光波长稳定性测量方法

针对调频连续波干涉测量系统中半导体激光光源存在波长漂移的问题,提出了一种基于干涉腔的调频连续波激光波长稳定性测量方法。首先推导了波长漂移量的测量理论,确定了位移-波长漂移量的变化系数,然后设计了拍频信号波长漂移量的解调算法,最后搭建了调频连续波干涉腔测量系统并进行了实验验证。结果表明,波长漂移量的测量分辨率为0.016 pm,波长漂移解算速度达50/s（测量时间为0.02 s）,相比光学拍频法和干涉比较法,测量速度有较大的提高。激光器持续工作1 h,测量标准差为0.049 pm,平均中心波长稳定性在0.19×10^-6内。该方法在光纤传感和精密干涉测量领域有较好的应用价值。     

基于激光回馈干涉系统的PZT迟滞特性测量

压电陶瓷迟滞特性对精密控制系统的精度具有重要影响,目前PZT迟滞特性的测量方法精度较低或者测量系统复杂,难以实现高精度测量。总结分析了目前测量压电陶瓷特性的方法,并使用基于激光回馈干涉原理的微片激光回馈干涉测量系统,利用物体表面的散射光对压电陶瓷的迟滞特性进行测量和分析。该方法不需靶镜,对被测对象要求较低,测量便捷,测量精度达到纳米量级,对精密控制系统中压电陶瓷的校准测量具有重要意义。     

亚纳米皮米激光干涉位移测量技术与仪器

激光干涉位移测量技术因具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等特点，成为当前与下一代高端装备、超精密计量的基础性技术之一。在简要介绍国内外现有的各类亚纳米级激光干涉仪的基础上，重点从“精”“准”“快”方面综述了面向亚纳米、皮米级激光干涉位移测量技术的研究成果。首先，从激光干涉测量原理出发，分析了限制激光干涉仪中测量分辨力、速度等进一步提升的主要误差项及技术难点；其次，重点列举了近年来国内外在激光器高精度稳频、高精度干涉镜组、高速/高分辨力相位细分技术、环境补偿与控制等方面所取得的重大关键技术突破；最后，对下一代超精密激光干涉位移测量技术的发展趋势进行了总结与展望。     

麦克尔逊干涉仪型激光波长计

随着可调谐染料激光技术的发展,激光光谱工作需要精度更高、测量更简捷的激光波长计。一般激光光谱精度大致为1GH_2或10~(-6)。激光波长计分为静态和动态二大类,静态波长计将干涉条纹同时以许多落在多个探测器上,它可以测量连续的或脉冲的激光波长。动态波长计需要在一段时间内采集干涉条纹数据,因此,它只能用来测量连续激光的波长。     

基于偏光干涉的激光波长测量方法设计与实验

提出了一种基于双偏光干涉滤波器的激光波长测量方法,该方法克服了传统偏光干涉装置测量波长时分辨率存在盲区的缺点,通过把粗测和精测两个子系统结合可解决测量的周期性问题。实验结果表明,采用长度为1cm的YVO4晶体作为滤波器,可实现误差小于0.01nm的测量。与基于迈克尔逊干涉仪的波长测量方法相比,所提出的方法无需机械运动部件和参考光源,测量精度满足DWDM光纤通信系统测试的要求。     

外差椭偏测量技术及其混频误差分析

结合激光外差干涉术和反射式椭偏测量技术,设计了一种抗干扰能力强,快速、高精度 测量纳米厚度薄膜光学参数的方法。着重分析并计算了非线性混频误差对测量精度的影响,其中塞曼激光和波片产生的光束椭偏化是关键因素。定义了评价因子以比较非线性混频误差的相对大小,这对外差椭偏纳米薄膜测量系统的设计有指导意义。     

用于微小位移测量的半导体激光干涉仪

近年来,由于信息技术、微电子机械系统等领域的迅速发展,对精密测量的要求越来越高。激光干涉测量具有灵敏度高、非接触性等优点,它的测量精度由于光外差技术的引入大大提高。半导体激光（LD）不仅体积小,价格低,用电省,而且波长调制简便,因而成为大多数外差干涉仪的光源。在半导体激光干涉仪中,通过直接调制LD的注入电流可以实现外差技术,但是改变注入电流来调制LD波长的同时,LD的输出光强也被调制,这将影响测量精度。光强被调制对测量的影响通常用软件的方法来补偿,但这种方法有很大的缺点。一是补偿只能是粗略的,另外软件需要根据外界条件的变化随时修正。为从根本上解决直接调制LD波长对测量的影响,本研究提出了一种间接调制激光波长的方法,采用这种方法能把这种光强度变化造成的影响降低到可以忽略的程度。     

非接触纳米三维表面形貌测量

提出了一种基于激光的Raman -Nath衍射和光干涉进行纳米级测量的光机电一体化的新方法 ,分析了数字鉴相、A/D变换和X/Y驱动的特点 ,并对测量精度进行了扼要地分析     

基于复振幅调制的半导体激光光束整形方法

为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M2因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。     

超精密位移台计量特性的差动式平面镜干涉溯源分析

超精密纳米位移台常用于扫描探针显微镜、光学显微镜等高精度分析仪器中,其纳米机械性能的精密计量和校准对显微测量系统的性能起着关键作用.基于一种双通道结构差动式平面镜干涉测量与校准方法(英国国家物理实验室),文中对一种超精密位移台的关键计量特性进行了定量研究.构建了基于现场可编程门阵列(FPGA)和LabView的高精度稳频激光干涉数据采集和数据解码系统,使其可溯源超精密纳米位移台的准静态校准计量特性.进一步地,利用该干涉测量系统对超精密位移台的计量特性进行了校准和分析.测试结果显示,该激光干涉校准系统在准开放环境中的背景噪声低于10 pm/√Hz;该超精密位移台具有优良的纳米机械性能,其线性度低于1.2×10-4,分辨率达40 pm,重复性和稳定性较好.上述对校准设备准静态性能和对纳米位移台计量特性的测试结果表明,所提出的方法和系统能够对纳米位移台进行计量,从而用于小于几皮米的皮米级压痕测量以及原子尺度上的大范围测量.     

基于PLC的激光干涉高分辨率位移测量研究

针对当前激光干涉高分辨率位移测量误差大的问题,设计了基于PLC的激光干涉高分辨率位移测量系统。首先接收激光干涉仪发射信号,然后将激光干涉信号进行光电转换,通过可编程逻辑控制得到激光干涉高分辨率位移测量结果,并将结果显示给用户,测试结果表明,本系统的激光干涉高分辨率位移测量精度超过92%,激光干涉高分辨率位移测量灵敏度高,获得理想的测量结果,并且激光干涉高分辨率位移测量结果明显优于其他系统,具有更高的应用价值。