外差干涉仪中金属反射镜对测量精度的影响

根据金属反射理论,偏振光经金属反射镜反射后会变成椭圆偏振光。本文研究了光路干涉仪中偏振方向相互垂直的线偏振光通过金属反射镜后引起的椭圆偏振光的不正交性和偏心度,并研究了此偏振光经渥拉斯顿棱镜后引起的频率混叠误差的机理和变化规律。经矢量分析得到,该误差是一阶非线性误差,吴正弦规律变化,误差的最大值随安装方位误差的增大而增大。本文给出了具体的计算实例和误差补偿措施,对实现外差干涉仪的高精度测量是极为重要的。     

单频激光干涉仪正交信号的高精度处理

为了提高单频激光干涉仪正交信号相位细分辨向的可靠性与重复性,本文在正交信号Heydemann误差模型和数字信号处理技术的基础上,提出一种结合误差修正和相位细分辨向技术的正交信号高精度误差补偿算法。该算法采用基于最小二乘法的矩阵运算计算正交误差补偿参数初值,通过迭代运算进一步提高补偿精度,并对修正后的信号构建了基于相位的细分辨向算法。最后通过MATLAB软件对该算法进行了验证。实验结果表明,上述算法可实现对正交信号误差的精确补偿,使测量精度可达亚纳米甚至皮米数量级,从而有效提高测量信号的解调精度。     

三坐标数控机床误差建模与补偿的实验研究

以多体系统运动学分析理论为基础,利用双频激光干涉仪测量机床误差,采用九线法辨识机床误差参数,结合具体机床,准确建立了误差补偿的数学模型,利用已发开的误差补偿软件实现了误差补偿,显著地提高了数控机床的加工精度.     

单频激光干涉系统的研制

单频激光干涉仪采用整体式的布局,提高了测量系统的稳定性和灵敏度,光程差放大技术,提高了系统的分辨率,利用偏振光移相和共模抑制的方法,对干涉仪的4路相互正交的信号进行差分处理,减小光强零漂以及环境变化对系统的影响,最终通过误差补偿修正处理,系统可以获得高质量的输出信号.     

基于圆偏振光合成的动态干涉仪同步移相技术研究

动态干涉仪是一种高精度的测量仪器,为了研究动态干涉仪的同步移相技术,论文通过建立两束旋向相反的圆偏振光合成的数学模型,更加清晰的表现了合成光束的传播状态,分析了合成光束经过起偏器后其干涉图像相位与起偏器摆放角度的关系.以此为基础,设计动态干涉仪光路并搭建试验台,最终用四个CCD同步采集到四幅相位依次相差90°的干涉图像,实现对被测镜面的动态测量,为提高干涉仪测量结果的准确性奠定了基础.     

利用相位共轭波的新型干涉仪

本文提出了一种利用光学相位共轭反射镜的新型干涉仪,可实时检测透明物体的相位分布不均匀性。文中对该干涉仪的工作原理作了理论分析,并给出测量光学玻璃折射率的实验结果。同时讨论并提出了测量相位分布不均匀性较大的物体的改进装置。     

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.     

误差补偿技术在相位偏移干涉测量中的应用

在研究泰曼—格林相位偏移干涉仪测量原理基础上，分析了位移驱动器移相误差对五幅移相计算结果的影响，一阶线性误差和二阶非线性误差是相位偏移干涉测量技术中产生相位误差的主要因素；提出了五幅算法移相误差补偿技术，该方法直接从相位偏移干涉图中计算移相过程中存在的一阶及二阶移相误差，对五幅算法结果进行误差修正；采用玻璃平晶为测试对象，建立了泰曼一格林干涉仪移相误差补偿原理试验系统。试验结果表明在同时存在一阶移相误差及二阶移相误差情况下，采用提出的移相误差补偿方法可以将位移测量精度提高6倍，相当于采用氦氖激光器的倍程干涉仪中位移精度达到1．0nm。     

正弦调频激光干涉仪Lissajous降维迭代校正算法

正弦调频激光干涉仪(SFMI)在基础科学、精密制造等领域应用广泛,但相位调制深度变化等非线性误差限制了其测程及精度的进一步提高。本文提出一种新型正弦调频干涉仪Lissajous校正方法,通过降维迭代算法对测量过程中的干涉正交信号进行椭圆参数提取,实现实时校正,以消除非线性误差,提高测量精度。仿真测试证明,所提方法精度高,带宽利用率高,消耗资源少,对于正弦调频干涉仪测程和精度的提高及其应用的扩展具有重要意义。     

亚微米数控车床误差补偿技术研究

在分析亚微米超精密数控车床样机误差源的基础上,采用在线测量和离线测量相结合的方法辨识误差补偿量,建立了误差补偿控制系统,实验结果表明所用的误差补偿策略是相当有效的。     

Investigation and compensation of the nonlinearity of heterodyne interferometers

The nonlinearity of heterodyne interferometers is mainly influenced by the nonorthogonality and ellipticity of the linearly polarized partial beams of the laser and by the limited extinction capability of the polarizing beam splitters. The phase errors at the interferometer output can be detected by measuring the phase difference between the two orthogonal directions in the output beam. This arrangement can be used to check an interferometer setup for causes of nonlinearity and to eliminate them by adjustment, replacement, etc. The arithmetical mean value of the phases of the two orthogonal output signals is linear, except for a residual error. These detection and compensation capabilities of the proposed phase measurement arrangement are demonstrated by experimental investigations.     

分光镜对外差激光干涉仪非线性的影响

外差干涉仪的非线性误差不仅由激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态引起,也由非理想的光学器件引起,其中分光镜是一个重要的误差源。除了通常熟知的偏振漏光,还分析偏振分光镜中可能存在的另一个误差,即偏振分光的正交性,介绍这种误差和其他各种原因(包括激光源的椭圆偏振态或者非正交线偏振态)对外差干涉仪非线性误差的影响,给出检测和区分两类不同频率混叠误差的方法。通过试验证实,偏振分光镜的漏光误差对外差干涉仪非线性的影响通常是可以被忽略不计的。试验研究还发现,与传统的理论假设相反,非偏振分光镜比偏振分光镜对外差干涉仪的非线性误差有着更严重的影响。     

激光外差干涉的非线性误差补偿

为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。     

Interferometric measurement of angles

The laser interferometers for angle measurement in a wide range have been presented. These are the systems based on the modified Twyman-Green interferometer principle, constructed and tested by the author. Each modification is aimed at the optimum configuration, which should combine high accuracy and wide range simultaneously. Starting with the simple interferometer, through its various versions with beam shift compensation and diametrically placed reflectors, to the set-up which has a measuring range of 2π rad and rotational positioning of 0.04″. The final system is designed for automatic measurement of angular positions and for checking the angle standards. The error analysis common to all interferometers with rotating reflector is given.     

利用误差谐波补偿法提高金属圆光栅测角精度

提高圆光栅测角精度的方法除了提高分辨率和系统精度以外,广泛采用误差补偿方法。本文通过对新型金属圆光栅的研究,提出了一种基于软件的误差补偿方法——误差谐波补偿法。实验表明该方法可消除一定阶次内幅值和初相位不随时间变化的误差谐波,有效提高测角精度。     

A common-path interferometer including integrated single-prism beam shaping

In this work, a common-path interferometer including integrated single-prism beam shaping is presented. Both theoretical considerations and experimental results on single-prism shaping of elliptical and circular laser beams were performed. Based on a single-prism beam shaper, a common-path interferometer without any classical beam splitter device was assembled and characterised. It is shown that the presented setup provides well-evaluable interference patterns with a Michelson contrast of 0.42–0.45.     

数控机床位置精度的检测与补偿

主要介绍使用双频激光干涉仪对西门子840D闭环系统的数控机床进行位置精度的检测与补偿,并对该系统的闭环误差进行分析。实践表明,通过使用该方法能有效地提高数控机床的位置精度。     

Differential heterodyne interferometer for measuring thickness of glass panels

Differential heterodyne interferometer is applied for measuring spatial thickness variations across glass panels of liquid-crystal displays. This system uses the Zeeman laser as a source of two-frequency shifted orthogonally linearly polarized probe waves, passing through the glass in two spatially separated points. These waves are then recombined in a single beam to produce the intermediate frequency signal with the phase proportional to the thickness gradient of a glass sample. The phase of the intermediate signal is measured against the laser reference by means of a lock-in amplifier, and finally real-time integration provides the thickness variation. Since spatial separation of the probe beams is only 1.35 mm good approximation for the thickness gradient is achieved. Detailed design of the interferometer and experimental results on real samples are presented.     

数控机床几何精度综合解析与试验研究

以对机床精度影响较大的几何误差为对象,通过理论与试验相结合,对其进行较深入的研究。基于多体系统理论,综合考虑各轴定位误差、直线度误差以及角度误差等几何误差元的耦合作用,提出一种机床综合误差建模方法,并在机床坐标系下建立三轴数控机床综合误差模型。通过利用激光干涉仪的大量试验得出定位误差、直线度误差以及角度误差曲线,分析证实定位误差相对于直线度误差和角度误差影响更为显著。以此为基础,进一步研究工作空间综合误差在各轴各误差元耦合作用下的分布和演变规律,发现综合误差在某轴向的分量与该轴的定位误差非常接近,给出定位误差是影响综合误差的决定性因素的结论。机床几何精度的分析对于机床精度补偿方法的选取与运用具有理论和实际意义。