用于绝对距离干涉计量的3.39μm双波长红外拍波干涉仪的研究

本文在简要介绍绝对距离干涉计量逐级精化原理的基础上,详细阐述了3.39μm 波段双线He-Ne 激光两级合成波长组成方案,分析了3.39μm 双波长红外拍波干涉仪的工作原理,给出了系统布局和有关的实验结果。精度分析表明,3.39μm 双波长拍波干涉仪的拍波干涉条纹尾数测量精度优于1.6×10~(-3)。     

一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法

针对单轴旋转式捷联惯性导航系统,提出了一种基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的三位置初始对准方法.在系统可观测性分析的基础上,建立IMU姿态与失准角之间的关系,提出了使失准角估计偏差为零的三位置对准方法.与以往固定位置对准和两位置对准进行了比较,表明该方法可以消除不可观测的水平加速度计零偏和东向陀螺常值漂移对初始对准精度的影响,大大提高了系统初始对准精度.     

自找准大行程粗精定位系统研究

针对MEMS及半导体制造工艺超高精度的对准要求,论述了在有多维微驱动器定位系统中,应用PID和FUZZY联合控制的方式解决定位中存在的速度调节与系统振荡的矛盾;在一套由光栅,驱动器及激光干涉仪构成的闭环超高精度自对准定位系统中,应用坐标变换方式解决多维定位系统中的干涉现象;以及在实际系统中,采用直线电机与微驱动器联合驱动的硬件构架,并配以上述控制策略,对定位系统进行粗定位和微定位,最终实现步进精度小于10nm,多层压印重复对准精度小于20nm,达到压印光刻为实现0.1μ或更小特尺坟而要求的30nm对准精度.     

哈特曼技术在序列光斑检测中的应用

为了提高水平链路大气无线激光通信中的对准精度,降低强湍流对激光通信的影响,对系统结构进行了改进并研究了光斑检测对准算法.首先,根据哈特曼-夏克传感器对波前畸变局部的实时探测结果,计算局部畸变的变化量,从而实时确定局部截止频率-局部判决阈值Tn.接着,采用统计序列均方误差获取序列采样信息M(Xi,Yi),并根据局部阈值判...     

基于重力信息的惯性系粗对准精度分析

基于重力信息的惯性系粗对准方法是近期国内提出的一种解决动基座对准的新方法,诸多文献表明了该方法工程应用的可行性,但至今未见对其理论精度的分析.详细分析了初始对准的主要误差源陀螺常值漂移和加速度计零偏对惯性系粗对准精度的影响.用微分扰动法对姿态矩阵取微分,得到惯性系对准的误差方程.从惯性系下的速度误差分析人手,分别讨论了陀螺常值漂移和加速度计零偏对粗对准精度的影响,推导出惯性器件误差与失准角之间的解析表达式.指出该方法的对准精度取决于转换矩阵的精度,并分析得出该方法与传统解析粗对准具有相同的稳态对准极限值.     

快速调整激光干涉仪光线准直系统的设计

使用激光干涉仪能够很好地解决数控机床定位精度差的问题,然而调整激光器的方向,使激光束与所测机床轴的移动方向平行是一项很重要而且麻烦的工作。为快速准确调整激光器方向,在对激光干涉仪工作原理深入研究的基础上,分析了激光束偏心的原因,构建了以PLC为控制核心,驱动两台电机控制干涉仪平移与旋转运动,实现快速调整激光干涉仪激光束准直。实验结果表明,此设计节省了大量人力、时间的开支,能够控制干涉仪快速对准,具有工业应用推广价值。     

基于无源自振抑制的小盲区超声测距方法

防水型收发一体超声波测距换能器所需驱动功率大,激励源去除后产生的无源自振导致了较大的测距盲区,高达30cm,限制了工程应用范围,对此提出了一种可显著减弱无源自振的方法。首先,建立换能器等效电路模型,分析了无源自振产生机理,在此基础上设计出以场效应管为核心的无源自振抑制换能器驱动电路;然后,由于设计的无源自振抑制电路回波信号较弱,进而设计背景噪声阻断电路与脉冲信号叠加电路以增加回波灵敏度,并通过检测脉冲信号叠加电路输出曲线的上拐点准确估计回波时间点。试验研究表明,该方法显著地抑制了无源自振,并可将测距盲区限制在16cm附近。该项研究扩大了超声波测距的工程应用范围,具有较大的应用价值。     

基于变型波的超声TOFD近表面检测新方法

为了解决传统衍射时差法超声检测技术(TOFD)法对埋藏在近表面的缺陷波无法辨识及近表面区域的测量误差大、深度分辨力差等近表面盲区问题,提出了一种新的近表面检测方法。该方法利用变型波波速较慢的特点,通过计算变型波、直通波及底面反射波,得出了变型波在纵波检测窗口出现的条件,并利用变型波对缺陷进行检测,以减小测量误差并提高检测分辨力,有效地解决了TOFD近表面盲区问题。在10个不同深度的人工缺陷中,对采用基于变型波的检测方法和传统检测方法的实验结果进行了比较和分析,并分别计算了其测量误差及检测分辨力。实验结果表明,该方法能够识别传统方法无法辨识的近表面缺陷,可有效检测到埋藏深度2.0 mm的人工缺陷,同时,该方法具有较高的测量精度和分辨力。     

基于瞳面干涉的自参考干涉仪的研制EI北大核心CSCD

为了用更简单的光学器件使对准标记产生的衍射光实现重叠干涉,同时能够降低对准系统的加工和装调难度,设计了基于瞳面干涉的自参考干涉仪系统。首先,对当前光刻机所使用的对准技术展开研究,以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础,提出了用Koster棱镜作为合光器件的自参考干涉仪,最后使用线阵CCD收集信号并将数据用计算机做后续的位置信息处理。由于自参考干涉仪测量系统是以光栅的栅距作为测量基准,而不是使用激光波长,故测量系统受环境因素造成的测量误差影响较小。实验结果表明:系统分辨率为0.2 nm,使得该系统可以达到纳米级分辨率。证明了所设计的干涉仪可用于目前前道光刻机的对准系统,实现纳米级精度的对准测量,从而使光刻设备的套刻精度满足最新工艺节点的要求。     

一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法

给出了一种基于高斯光束的平凹激光腔对准方法。在高斯准直光束后加一透镜系统,恰当地调整准直高斯光束到某一种汇聚发散的状态。在这种状态下,可使由平凹腔凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径大小相仿,解决了不加透镜系统时,两反射回来光斑直径相差很大,难于对准的问题,提高两光斑的对准精度。实验使用束腰为0.6 mm的氦氖光,其后加一优化好的透镜系统,在889 mm的距离下,对凹面镜曲率半径为50 mm的平凹腔进行对准。得到由凹面镜和平面镜反射回来的光斑直径分别为4.8 mm和5.1 mm,平凹腔的角度对准精度达到了3.18'。对准好的腔体在点亮LD后,均能出基模光斑。实验结果与理论分析相符,证明了该对准方法结构简单,执行方便。     

Development in laser interferometry for position sensing

Interferometric developments which improve the performance of the laser interferometer as a position sensing device are described. The double pass attachment is an optical accessory which doubles the resolution of the Hewlett-Packard linear and plane mirror interferometers. Unlike previous attempts to extend resolution optically, this device does not fold just one of the two interfering beams and hence does not introduce error due to its own motion. Simple addition of a quarter wave plate to the attachment gives a differential version of the plane mirror interferometer. Various configurations of this differential interferometer, and their application to machine tools and to integrated circuit lithographic and inspection equipment, are discussed. A new ‘wavelength tracking’ device, based on differential interferometry, directly and precisely monitors changes in laser wavelength inside a highly stable mechanical cavity. Easily incorporated as an additional interferometer axis, the device improves compensation for changes in laser wavelength.     

可调谐激光器激光波长宽范围自动偏频锁定

针对激光多波长干涉绝对测距中构建多级合成波长的需求,提出了一种锁至飞秒光频梳的可调谐激光器(External Cavity Diode Laser,ECDL)输出激光波长的宽范围自动偏频锁定方法.首先,设计了光栅+双凸透镜梳齿滤波的拍频信号探测单元,实现了宽范围ECDL激光波长与目标梳齿的拍频探测.接着,采用锁相放大原...     

飞秒激光频率梳精密测距技术综述

高精度绝对距离测量在科技发展中具有重要的作用,传统的测量方法已无法满足日益提高的测量要求。光学频率梳是重频和相位完全锁定的锁模脉冲激光,具有很高的空间、时间和频率分辨率。基于光频梳的测距技术由于在大尺寸计量及未来空间任务中的应用潜力引起了极大关注。介绍了光频梳测距技术的发展与现状,重点介绍了5种测量原理,包括合成波长干涉法、多波长干涉法、色散干涉法、双光梳干涉法和飞行时间法。     

980nm半导体激光器双布拉格光纤光栅波长锁定器

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响,并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明:高功率非致冷980nm半导体激光器在0～70℃时的波长漂移为0.5nm,边模抑制比达45dB以上,半峰值全宽度1nm。经优化设计的980nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。     

An Astigmatic Wavelength Meter

An astigmatic scheme of a laser wavelength meter based on a single air-gap Fizeau interferometer is described. For a multimode laser, the accuracy in determining the center of gravity of a spectrum is within 1 GHz. Two complementary testing techniques are proposed for the instrument. By using them, it was shown for the first time that, for this type of meters, a systematic error arises and increases with a decrease in the radiation-spectrum width. The effect is periodic in the lasing frequency and results from a weak beam that is brought about by a reflection from the front surface of the interferometer. Moreover, in the previously designed optical schemes, this effect is so strong that unambiguous determination of the wavelength of a single-frequency radiation is impossible. The use of an astigmatic scheme helps additionally attenuate the influence of the third beam, thus eliminating the ambiguity in the results and reducing the absolute error to a value of ±1.5 GHz.     

Dual beat-frequencies laser Doppler interferometer

A dual beat-frequencies laser Doppler interferometer which can measure high speed back and forth motion is proposed and demonstrated. In this interferometer, the two frequencies, f(1) and f(2), emitted by a Zeeman laser are introduced into the signal beams. They are changed to f(1)' and f(2)' by Doppler shift f(Doppler), which is proportional to the velocity of the object. The use of the two beat signals of |f(1)' - f(2)| and |f(1) - f(2)'| appearing at two photodetectors enables to measure the velocity over the limitation v(c) = λ(f(1) - f(2))/2.     

具有隔离器功能的激光干涉仪的研究

提出了一种具有隔离器功能的激光干涉仪.既可以进行干涉测量,又具有隔离器功能,可以防止反射光回到光源,使光源保持稳定,确保了测量精度.该干涉仪由常规干涉仪和双级隔离器的结构有机的结合起来,其中某些元件合二为一,使一个元件起到双重功能的作用,同时使干涉光路和隔离光路也相互重合起来.理论分析和实验研究表明:该方案是可行的.隔离度与双级隔离器的隔离度相同,达到了48dB.该装置的干涉测量精度与一般干涉仪一样取决于激光波长,但该装置结构紧凑,简化了测量系统,实际使用更为方便.     

激光干涉仪测量失真正弦波形位移误差估计式

本文在分析介绍了激光干涉仪测量位移原理的基础上,指出了标准振动台稳态正弦绝对校准法中,激光干涉仪测量的只是工作台面运动的路程而非矢量位移,因此对于测量含有谐波失真的正弦波形将引入测量原理性误差。文中利用波形加速度失真度系数详细推导并给出了谐波失真所引入的测量误差的估计式,对准确评价传感器校准精度具有重要意义,同样也有助于我们对激光干涉仪测量精度的认识。     

A new multichannel interferometer system on HL-2A

A new multichannel HCN interferometer has been developed on HL-2A tokamak, which is characterized by two techniques: (1) the wave-guide HCN laser with cavity length of 6 m to increase the optical resource power and (2) high response room temperature waveguide Schottky diode detectors to obtain good beat signal. The space resolution is 7 cm by the use of focusing metal mirrors mounted on the vacuum chamber and a compensated optical system. In the 2006 experiment campaign, this new interferometer has been applied for plasma density profile and density sawtooth measurement.     

一种波长调制干涉仪光强实时反馈控制系统

提出了一种实时反馈控制系统,保证波长调制干涉仪的激光光强在波长调谐过程中的稳定性,以减小波长调制干涉仪因激光光强的波动产生的相位误差。该控制系统由光电探测器、数据采集卡、光电调幅器和控制软件等组成。实验结果表明,该系统的响应速度超过了干涉仪获取干涉图的速度,不仅能够稳定输出理想的光强值,而且还提高了干涉仪的测量精度。