太赫兹辐射的多重反射光杠杆探测方法

提出了一种新型的微光学太赫兹辐射探测方法,以双材料微悬臂梁结构热探测方法为基础,通过多重反射光杠杆系统测量微结构的纵向微位移,从而实现太赫兹辐射量的测量。多重反射光杠杆探测方法微位移理论分辨率小于1 nm。搭建了微位移测量系统,实验结果表明,测试系统理论分辨率小于4 nm,实际分辨率优于10 nm。给出了基于该方法的太赫兹探测器设计方案和参数。因其具有良好的抗空气扰动和光束串扰能力,可以在常温下工作,适用于非制冷、实时、低成本、微小型化的太赫兹探测器和阵列式成像设备。     

基于透射式激光空气隙干涉的纳米分辨率精密位移测量

基于透射式激光空气隙干涉原理,建立微位移测量系统,实现纳米分辨率的物体微小位移测量。利用外加微小位移并将前后光强度相减的图像处理方法,有效地提高激光干涉图像的信噪比,将掩没于杂散噪声中的干涉条纹提取出来。实验结果表明,该系统的相对位移测量分辨率优于10 nm,绝对位移测量不确定度优于5%。该系统结构紧凑,安装、使用方便,测量分辨率达到nm级,可实现快速、便捷、稳定的测量,适用于临时性的高分辨率精密位移测量需求。     

双通道分光式表面色显微测量方法研究

提出了一种用于颜色产品微面积精细颜色测量、采用双通道测色分光系统的软硬件模型，给出了测量原理、实验装置和测量结果。该系统结构简单、色分辨率高，测量光谱范围为可见区，光谱分辨率为10nm，能进行较暗物体和荧光物体的微面积精细颜色测量，并能给出各种标准照明体和各种色度系统下的色度参数。     

激光高阶回馈微位移测量系统设计及误差分析

设计了一套基于激光高阶回馈效应的微位移测量系统,介绍了其工作原理,给出了系统中光学单元、机械单元和信号处理及细分单元的设计方法及关键参数。对设计完成的测量系统与PI位移台进行了比对测试,实验结果表明系统的分辨率达到0.7 nm,并对测量系统进行了误差分析。激光高阶回馈微位移测量系统不但分辨率高,而且还具有结构简单和性价比高等优点,在精密位移测量中具有广泛的应用前景。     

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。     

一种应用于纳米测量机的高精度干涉仪

为实现纳米三坐标测量机(NMM)中大范围高精度位移的测量(测量范围小于40mm,分辨率小于0.1nm),研制了一种大量程纳米级测量精度的实用化外差干涉仪,并对该干涉仪的光学结构进行分析研究。该系统不但克服了双频激光干涉仪混频的固有缺点,而且在结构上利用光学器件的偏振特性,使系统具有共光路、等光程、光学倍程和相位差成90°正交信号等特点,提高了系统分辨率、抗干扰性能和精度。该系统在40mm的测量范围内,具有λ/4 096的分辨率和纳米级的测量精度。实验结果表明,纳米三坐标测量机对样板1次安装10次测量的实验标准差为4.9nm,10次安装10次测量的实验标准差为8.4nm,具有较好的测量重复性。干涉仪结构符合三坐标的测量要求,可安装在纳米三坐标测量机等仪器中,也可用于高精度的位移测量。     

一种小型化纳米级单光栅位移测量系统的研制

随着纳米技术的广泛应用以及人们对纳米位移测量认识的不断深化,光栅位移测量技术正在受到广泛的关注。在研究反射式光栅位移测量原理的基础上,设计并实现了一种小型化纳米级单光栅位移测量系统,对系统总体设计、光路布局以及软件算法进行了阐述,最后,利用电容位移传感器ASP-10-ILA等辅助仪器进行了对比实验。实验结果表明:在两路信号不完全正交的情况下系统也能实现准确测量,且理论上系统的位移测量分辨率达到1 nm;在电容位移传感器的量程范围内进行小位移对比试验,系统测量均值与参考值最大偏差118 nm,且与拟合直线偏差均小于100 nm;当光栅发生10 mm以上的较大位移时,测量结果与均值的偏差均小于5 ppm。     

一种对称式双光栅干涉位移测量系统的研制

作为纳米位移测量技术领域的关键解决方案之一,干涉型光栅位移测量系统具有高精度、高分辨率、小体积的特点。干涉型光栅位移测量系统中采用的干涉光来自光栅的衍射,所以系统对光栅的偏摆角度较为敏感,装调难度大。为此,研制了一种对称式双光栅干涉位移测量系统,基于光学多普勒频移效应和圆偏振光干涉等原理实现高精度位移测量,系统对位公差小,装调简便。性能测试结果表明,该系统的实测分辨率为0.8nm,重复性为1.4nm;在1~14.5μm的位移范围内校正前系统测量精度为15.4nm,采用系统运动轨迹误差校正后精度为5.5nm,进一步采用周期性误差校正后精度达到1.4nm。     

基于光杠杆原理的微位移测量系统设计

基于原子力显微镜的工作原理,设计了一种端点带反光镜的悬臂梁,实现光点位移放大,并利用位置敏感器件(PSD)将光点位置信息转换成光电流,从而设计出一种微位移测量系统。该系统结构简单、灵敏度高,适用于微小位移量的测量。文中给出了该测量系统检测原理,设计了信号处理电路,利用压电元件对悬臂梁端点微位移进行了检测。该系统可检测的线性位移量程为0~50μm,线性度为1.79%FS,分辨力可达50nm。     

He-Ne激光回馈纳米条纹宽度标定方法研究

科技发展需要对各种纳米测量仪器的“纳米”确定性进行检定。介绍了一种基于MSP430F149单片机的Fabry-Parot腔双频高阶弱回馈位移测量系统条纹宽度标定方法,通过计算出测量靶镜运动同一位移时高阶回馈纳米条纹与传统弱回馈半波长条纹的频率之比,精确地标定出激光高阶弱回馈纳米位移测量系统的光学分辨率。测量结果表明系统可溯源的光学分辨率为10.37 nm,加入20倍电细分后系统最终的分辨率为0.53 nm。     

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。     

基于光反馈自混合干涉的位移测量算法设计及滤波

为实现适度光反馈机制下位移的测量,研究设计了基于相位解卷的位移测量算法。为了提高测量精度,对光反馈自混合干涉信号进行了预处理,重点研究了光反馈自混合干涉信号的滤波问题。通过仿真和实验,验证了本文方法的可行性。在光反馈自混合干涉位移测量系统中,使用本文所设计的方法可以重构出高精度的物体振动轨迹。     

基于相位解卷的位移测量系统

为了实现适度光反馈机制下对微位移进行测量的目的,采用了相位解卷的位移测量方法。该方法是在对系统参量C和α进行提前分离测量的基础上,通过寻找自混合干涉信号的特殊点,即峰值点、谷值点及转折点,恢复了含光反馈时的外腔相位,对外腔相位进行进一步的处理得到了外部运动物体的位移信息。仿真分析及实验结果验证了该测量方法的可行性。结果表明,对于十几微米的振动,该系统的测量误差仅为±30nm。这一结果对高精度微位移及微振动的测量是有帮助的。     

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。     

新型三维位移场测试理论及系统研究

研究建立了可同时进行三维位移场测试的新型光测力学实验系统。平面位移测试基于云纹干涉方法．但采用与普通云纹干涉不同的光路系统，利用试件光栅和平面反射镜组形成的两次衍射，使平面位移干涉条纹倍增。测量灵敏度是普通云纹干涉的2倍。采用泰曼／格林干涉光路测量离面位移。整个系统具有构造新颖、便于调节、位移场条纹对比度高等特点。用波前干涉理论。建立了位移条纹方程式．与由多普勒频移原理建立的位移条纹方程式取得了一致的表达结果。通过微电子器件三维热变形的测量，对系统进行了验证。     

红外镜头的热光学特性分析

考虑环境温度是红外光学系统成像质量的主要影响,需要对红外镜头进行热光学特性分析。阐述了利用齐次坐标变换去除镜面刚体位移的方法,以某红外镜头为例,用有限元软件ANSYS对红外镜头进行热应力分析,并去除镜面产生的刚体位移;对处理后的面形数据进行Zernike多项式拟合,将拟合后的结果代入ZEMAX进行光学性能分析。分析结果表明,热光学分析的方法可以模拟红外光学系统的实际使用条件,预测光机系统的光学性能,对进行光机系统设计具有重要的指导意义。     

纳米压入法测量中初始接触点判断问题研究

对于纳米压入法 ,在加载过程中 ,压头尖与试样表面的初始接触点必须判断准确 ,初始接触点判断的精度将对测量结果产生很大的影响。本文利用西安交通大学精密工程研究所研制的微力微位移测试仪 ,对初始接触点判断的相关问题进行了深入研究。在压头尖与试样表面接触前 ,由电容测微仪测得的位移值是加载装置空载下的输出值 ;而当压头尖与试样表面接触后 ,压头与试样之间将产生作用力 ,使电容测微仪的测量值偏离加载装置空载下的输出曲线趋势。分别用一直线和一多项式曲线对压头无载荷和有载荷作用时测得的电压位移曲线进行拟合 ,拟合直线和曲线的交点即可作为初始接触点。大量的实验表明 ,运用上述方法可使初始接触点的判断精度在± 10nm。     

基于涡旋光与球面波干涉的微位移测量研究

基于涡旋光与球面波的干涉原理,提出一种物体微位移的光学测量方法。改进马赫泽德干涉光路,其中一束光照射至空间光调制器产生涡旋光束作为参考光,另一束光经透镜变为球面波后照射至物体上,两束光干涉后干涉条纹呈螺旋状分布。当物体发生微小位移时两束光的光程差改变,螺旋干涉条纹发生旋转,通过干涉条纹的旋转角度可以确定物体的微位移量。经理论分析、仿真和实验证明:基于涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化能够实时监测物体位移量的变化,同时可以有效计算物体的微位移。实验中,测量物体的产生位移量为27 nm,通过涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化实际测得物体的位移为25.75 nm,误差为1.25 nm。