光热正弦相位调制干涉仪中相位的抗干扰测量

在正弦相位调制半导体激光干涉仪中 ,半导体激光波长随注入电流和温度漂移而产生相位测量误差 ,同时干涉仪的机械振动和干涉仪两臂中的空气扰动也会引入相位误差。在已有光热正弦相位调制干涉仪中引入反馈机制 ,有效地降低了上述误差 ,增强了干涉仪的抗干扰能力。使用此干涉仪测量了物体的位移 。

实时测量表面形貌的正弦调制半导体激光干涉仪

设计了一种实时测量表面形貌的正弦相位调制半导体激光干涉仪,对其抗干扰的实时测量原理进行了分析.在该正弦相位调制干涉仪中,利用高速图像传感器探测干涉信号,该干涉信号通过信号处理电路实时鉴相得到被测表面所对应的相位分布,即可实时获得待测量物体的表面形貌.在实验中,测量了楔形光学平板的表面形貌,测量点为30×30个,测量时间小于10 ms,重复测量精度为4.3 nm.实验结果表明该正弦相位调制干涉仪的有效性.

物体表面形貌的正弦相位调制实时干涉测量技术研究

表面形貌干涉测量技术是一种高精度的非接触式测量技术,在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。提出一种实时测量表面形貌的正弦相位调制干涉测量新技术。该技术用激光二极管作光源,用自制的高速图像传感器探测干涉信号,通过信号处理电路实时解相得到被测表面所对应的相位分布,实时分析相位获得物体表面形貌。该技术消除了光强和部分外界干扰的影响,提高了系统的测量精度。楔形光学平板表面形貌的测量结果表明,测量点为60×60个的情况下,测量时间小于8.2 ms,重复测量精度(RMS)为4.3 nm。

频谱泄漏对正弦相位调制干涉测量精度的影响

在正弦相位调制（SPM）干涉仪中，若调制频率或者采样频率发生变化将使干涉信号出现频谱泄漏，减小了谐波分量的幅值，在测量结果中引入了误差。对频谱泄漏的产生及其对测量精度的影响进行了理论分析，获得了频谱泄漏引入测量误差的计算方法。实验测得频率漂移量在-0．3～0．3Hz内，得到的频谱泄漏引入的误差为0．3～7．9nm，当超出这个范围时，频谱泄漏误差将迅速增长。实验结果与模拟分析结果一致。

基于互补微分相乘的PGC-Arctan相位解调改进算法

为消除载波相位延迟和相位调制深度波动对相位生成载波(Phase generated carrier, PGC)相位解调结果的影响,提出了一种基于互补微分相乘的PGC-Arctan相位解调改进算法。该算法通过构建一对系数相同、含待测相位的正交平方信号,再通过相除、开方和反正切运算,获得不受载波相位延迟和相位调制深度影响的相位解调结果,从而减小相位解调结果的非线性误差,使得解调结果信纳比更高、总谐波失真更小。对该算法的实现过程进行理论分析和推导,并开展了基于Matlab的算法仿真实验和基于正弦相位调制干涉仪的位移测量实验。结果表明:该算法在不同的载波相位延迟和相位调制深度下,解调结果的信纳比均大于41.50 dB,总谐波失真均不超过0.79%。该算法可有效减小PGC相位解调非线性误差,实现正弦相位调制干涉仪的精密位移测量。

基于卡尔曼滤波的PGC解调非线性误差补偿方法

针对载波相位延迟和调制深度漂移对正弦相位调制干涉仪中相位解调精度的影响,提出一种基于卡尔曼滤波的相位生成载波(PGC)解调非线性误差补偿方法。首先建立由PGC正交分量参数构成的卡尔曼滤波状态空间观测模型。然后对PGC解调的正交分量幅值和偏置进行最优估计与修正,减小相位解调的非线性误差。最后理论分析阐述该补偿方法的原理,开展模拟干涉信号的相位解调仿真测试和正弦相位调制干涉位移测量实验。实验结果表明:提出的方法能够有效减小PGC相位解调非线性误差,实现纳米级精度的位移测量。