基于激光干涉仪的轮径测量器检具测量装置

以组合量块式轮径测量器检具为对象,分析了目前常用方法中存在的问题,提出了一种新的测量思路,并开发了基于激光干涉仪的测量方法和测量装置。通过测量不确定度的分析评定和实验的比对验证,证明该装置的测量能力是满足相关要求的,能够对组合量块式轮径测量器检具进行有效测量。

对基于Fizeau干涉仪的测风激光雷达的研究

介绍了基于Fizeau干涉仪测风激光雷达的系统结构。在已有的系统参数下,对探测器测量的频率范围和Fizeau楔角作了优化,得出的系统误差在3 km处小于0.17 m/s。讨论了不同的数据反演方法。采用Voigt拟合法对用Monte-Carlo方法模拟的信号进行了多次处理,反演出的风速和实际值相差很小,标准偏差和用最小二乘拟合方法的系统误差公式值相符。表明用Voigt拟合方法反演风速是可行的,尤其在大风速情况下,其优势明显。在3 km处,当K=0.1时,探测器的盲区存在将产生约0.01 m/s的测量误差。

利用Fizeau干涉仪进行激光风速测量的原理分析

导出了激光多普勒雷达基于Fizeau干涉仪及CCD探测器进行测风时,每个CCD元最终接收到信号的一般表达式。对系统的参数做了整体优化,得出一组优化参数。在0-3 km高度,得出系统风速误差小于0．16 m／s。对最终的风速反演分别运用最小二乘拟合法和重心法。分析表明最小二乘拟合法只适用于风速较小的情况。详细分析了运用重心法计算风速必然会引起的误差,并提出一种解决方法。修正后,在±30 m／s 风速范围内,该方法产生的误差小于0．25 m／s。

Fizeau干涉仪主机的热稳定性设计与分析

搭建了光-机-热耦合模型,用于分析Fizeau干涉仪光机系统的热稳定性,并研究了该系统的计算流程、环境温度和系统光学质量的随机性、系统光学质量与环境温度的关系等。首先,根据实验室温控条件,建立环境温度的随机分布模型,进行了光-机-热耦合分析并计算不同温度下光机结构的热分布和结构变形;然后,通过Zernike多项式拟合透镜表面面形和曲率半径,利用光学仿真软件分析变形后的光学系统;最后,对系统光学质量进行概率分析,评价了系统的热稳定性。分析结果表明,温度控制在(22±0.1)℃时,在2σ的置信水平下,Fizeau干涉仪的出射光波前的重复性可以达到0.016%λ,基本满足干涉仪主机光机系统的重复性要求。

基于Fizeau干涉仪多普勒激光雷达测量的实验研究

实验实现了基于Fizeau干涉仪和线列探测器的条纹技术对多普勒频移和速度的测量。结果表明:在非常大的动态范围内,标准误差是4.2 m.s-1,等于探测器分辨率的6.4%。进一步优化Fizeau干涉仪的系统参数,能够满足测风激光雷达的精度要求。

光纤Fizeau干涉仪的声发射检测研究

验证了一种基于光纤Fizeau干涉仪的声发射传感器,可用于固体表面传播的超声波的检测.这种传感器的特点是能够精确地检测由固体表面传播的超声波产生的微弱振动.当超声波信号通过光纤传感器到达探测器时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制.通过检测干涉仪的输出光强度并利用Fourier变换,测得了超声信号的振幅和频率.对传感系统的相位调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析.

双平衡式相干接收原理及其在外差干涉仪中的应用研究

利用琼斯矩阵理论推导了光学双平衡式相干接收的原理,得到了具有正交相关性的包含全部光学信息的IQ信号,给出了基于IQ正交信号解调待测光信号信息的信号处理算法.基于该原理设计了一种高速微机电系统扫描式激光外差干涉仪,得到了待测玻璃的厚度信息分布图.该干涉仪的波前相位差提取准确度可高达0.01rad、测量速度可达40frame/s、最大测量直径可达到300mm,在实时光学检测方面有广阔的应用价值.

移相式点衍射干涉仪的几个关键技术

极紫外光刻技术作为下一代光刻技术的最佳候选技术,为了得到衍射极限的分辨率,光学系统的RMS波像差应小于其工作波长的1/14,约为1 nm,这对检测技术提出了前所未有的要求。本文以应用于极紫外光刻光学系统波像差检测中的移相式点衍射干涉仪为基础,对干涉仪中几个关键技术进行了讨论,并给出了相应的解决方法。

外差式激光干涉仪应用于正弦直线和旋转振动测量技术的研究

介绍外差式激光干涉仪和应用于旋转振动测量的衍射光栅技术理论和工作原理。针对马赫泽德外差式激光干涉仪在绝对法振动校准技术中的应用,简要介绍了测量系统另外两个重要组成部分(频移变换和数字信号处理)的原理、算法和技术实现。这种振动测量系统与正弦直线和旋转激振系统相配合,采用同一种正弦逼近的信号处理方法,可实现直线振动量(位移、速度、加速度)和旋转振动量(角位移、角速度、角加速度)两大类型、各种振动传感器幅相特性绝对法的精确校准。

短相干光源偏振移相Fizeau干涉仪的实验研究

研究了一种偏振移相Fizeau干涉仪,以中心波长为650nm的多纵模半导体激光器作为光源,利用光源短相干特性和一套偏振延迟装置分出一对偏振方向正交参考光和测试光,采用巴比列-索列尔补偿器作为偏振移相器,采集四幅移相干涉图按照传统移相算法图,测试了一块平行平板的前表面面形。PV值为0.0682λ,RMS值为0.0127λ。该方法的优点是移相精度高,移相时无须推动参考镜,可适用于大口径系统的干涉测试,同时消除了多表面干涉杂散条纹的影响。

Fizeau型偏振移相干涉仪的实验研究

研究了一种Fizeau型偏振移相干涉仪。以中心波长为650nm的多纵模半导体激光器作为光源,利用光源的短相干特性和一套偏振延迟装置分出一对偏振方向正交的参考光和测试光,采用巴比涅-索列尔补偿器作为偏振移相器。测试了一块平行平板的前表面面形,面形PV值为0.0682λ,RMS值为0.0127λ。该方法的优点是移相精度高,移相时无须推动参考镜,适用于大口径光学系统的干涉测试,可消除多表面干涉杂散条纹的影响。

一种新颖的三角波扫频式微波干涉仪及信号处理方法研究

分析了一种三角波扫频式微波干涉仪的工作原理,并依据其原理设计了一种8mm微波干涉仪系统来测量等离子体电子密度。讨论了这种微波干涉仪系统的信号处理依据及其实现方法,并分析了其相位测量理论误差。为了验证该微波干涉仪的测量结果可靠性,采用与矢量网络分析仪测量开关移相器的测试结果比较、对日光灯的脉动等离子体测试结果与国外数据比对等不同的方法,证明了三角波扫频式微波干涉仪系统设计思想正确、测量数据可靠、测量精度高。

纳米精度外差式激光干涉仪非线性误差修正方法研究

提出一种外差干涉非线性误差修正方法,采用混频技术将光频信号降低到通用数据采集系统频率响应范围内;采用高速数据采集板实现外差干涉测量信号和参考信号双通道同步实时采集;对采集数据进行光滑处理,滤除高阶非线性误差;解出位移量对应的相位差。试验结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正双频激光干涉仪中存在的非线性误差,使外差干涉仪测量不确定度由原来的20nm降低到10nm。

基于分步式压印光刻的激光干涉仪纳米级测量及误差研究

针对在未做隔离保护处理的环境中,基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差,不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求.采用Edlen公式的分析及计算,不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响,而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果.通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器,能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差.最终,测量漂移误差在10min内由13nm降低到5nm以内,满足压印光刻在100mm行程中达到20nm定位准确度要求.

摆臂式干涉仪光程差扫描模型及其仿真

为实现摆臂式干涉仪光程差(OPD)随时间的线性变化,需要摆臂式干涉仪作变速摆动。为此,在分析摆臂式干涉仪光程扫描系统组成的基础上,对干涉仪的电气特性进行了研究,在saber软件中建立了摆臂式干涉仪光程差扫描模型。为验证模型的正确性,将PID算法应用到摆臂干涉仪模型仿真中,研究了干涉仪系统的单位阶跃响应,确定了摆臂式干涉仪PID控制算法的各项参数。仿真结果表明,该模型可用于模拟摆臂式干涉仪光程差扫描过程,能够为干涉仪扫描控制系统的设计提供参考。

楔块调整式Talbot干涉仪改变写入Bragg波长的调谐误差

在楔块调整式Talbot干涉仪中,光纤Bragg光栅的写入区为直接由相位模板衍射的±1级衍射光束形成的干涉条纹的近场干涉区,和由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的可调谐写入Bragg波长的干涉条纹的远场干涉区。在改变写入光纤光栅Bragg波长的过程中,光纤光栅的Bragg波长是由平面镜的交叉角决定的,而且,影响调谐精度的三种主要因素被控制在光纤光栅生产允许的范围内,即推动机构的位移误差系数Cd为～-0.08nm/μm,楔块的倾斜误差系数Cα为-0.15～0.23nm/(′),和转动机构的传动角误差系数Cβ为～-0.08nm/(′)。

移相式干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用

为了实时、高精度地测试光学零件,对移相式数字波面干涉仪在锥体棱镜角度测试中的应用进行了研究。通过锥体棱镜二面角偏差计算方法得到了二面角偏差和干涉波面之间的关系,分析了干涉波面的形状与锥体棱镜综合误差的关系,编写了锥体棱镜角度和综合误差测试程序,并且在移相式数字波面干涉仪和ZYGO干涉仪上分别对锥体棱镜进行测试,给出了2者的比较测试结果。结果表明,移相式数字波面干涉仪测量锥体棱镜二面角偏差的误差在0.3″范围内,RM S值的测量误差在λ/50内;提出的方法可实现检测过程的自动化。

楔块调整式Talbot干涉仪的光学设计

为改变光纤光栅的写入Bragg波长,研制了包括一块相位模板和两块紫外反射平面镜的楔块调整式Talbot干涉仪。在写入光纤Bragg光栅的过程中,通过调整两平面镜的反射角度可改变由±1级衍射光束经两平面镜反射后形成的干涉条纹的周期。最后,放置在可调谐干涉区的光纤就可刻写成具有不同写入Bragg波长的光纤光栅。值得注意的是通过选择不同倾斜角α的楔形块,决定了光纤光栅的写入Bragg波长的改变率和干涉条纹棱脊位置的位移率。

一种基于外腔式法布里-珀罗干涉仪的光纤加速度计

研制了一种基于外腔式法布里-珀罗(F-P)干涉仪的光纤加速度计,理论分析了影响标度因数的结构参数,并利用有限元分析软件ANSYS对该结构进行仿真分析。F-P干涉仪由光纤端面和固定在弹性膜片上的反射镜组成,膜片上加工两圈花瓣状分布的弧形阵列。这种F-P干涉仪结构标度因数高、横向串扰小。经实验测定,该光纤加速度计标度因数为155.48 rad/g,与仿真分析结果基本吻合,交叉灵敏度仅为4.87×10^(-2) rad/g,分辨率为100mg,零位稳定性为125mg,提出了进一步提高性能的方法。

大摆角摆臂式干涉仪非线性干涉信号光谱反演

为快速实现大摆角摆臂式干涉仪非线性干涉信号的光谱反演,通过分析大摆角摆臂式干涉仪的工作过程和干涉信号的非线性对光谱反演的影响,提出了基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的光谱反演方法。该方法先利用核函数和卷积算法让非线性干涉信号线性化,然后对线性化的干涉信号进行快速傅立叶变换实现光谱反演。实验将光程差替换法和NUFFT算法分别应用于非线性干涉信号的光谱反演。结果表明:两者光谱反演精度相近,但NUFFT算法速度更高。