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Ultraprecision intersatellite laser interferometry 被引量:4
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作者 Min Ming Yingxin Luo +8 位作者 Yu-Rong Liang Jing-Yi Zhang Hui-Zong Duan Hao Yan Yuan-Ze Jiang Ling-Feng Lu Qin Xiao Zebing Zhou Hsien-Chi Yeh 《International Journal of Extreme Manufacturing》 2020年第2期54-66,共13页
Precision measurement tools are compulsory to reduce measurement errors or machining errors in the processes of calibration and manufacturing.The laser interferometer is one of the most important measurement tools inv... Precision measurement tools are compulsory to reduce measurement errors or machining errors in the processes of calibration and manufacturing.The laser interferometer is one of the most important measurement tools invented in the 20th century.Today,it is commonly used in ultraprecision machining and manufacturing,ultraprecision positioning control,and many noncontact optical sensing technologies.So far,the state-of-the-art laser interferometers are the ground-based gravitational-wave detectors,e.g.the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory(LIGO).The LIGO has reached the measurement quantum limit,and some quantum technologies with squeezed light are currently being tested in order to further decompress the noise level.In this paper,we focus on the laser interferometry developed for space-based gravitational-wave detection.The basic working principle and the current status of the key technologies of intersatellite laser interferometry are introduced and discussed in detail.The launch and operation of these large-scale,gravitational-wave detectors based on space-based laser interferometry is proposed for the 2030s. 展开更多
关键词 laser interferometry gravitational-wave detection inter-satellite laser ranging transponder laser interferometer
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基于振动抑制高精度宽带激光扫频干涉测量方法 被引量:7
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作者 刘国栋 许新科 +4 位作者 刘炳国 陈凤东 胡涛 路程 甘雨 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第20期272-278,共7页
本文研究了基于振动抑制的高精度宽带激光扫频干涉测量方法.在激光扫频干涉测量中振动引起目标位移,导致在测量信号拍频中叠加了多普勒频移,该频移量通常远大于目标实际位移产生的频率变化,直接计算目标距离将造成测距精度下降.为解决... 本文研究了基于振动抑制的高精度宽带激光扫频干涉测量方法.在激光扫频干涉测量中振动引起目标位移,导致在测量信号拍频中叠加了多普勒频移,该频移量通常远大于目标实际位移产生的频率变化,直接计算目标距离将造成测距精度下降.为解决该问题,本文首先建立了振动对宽带激光扫频干涉测距系统的影响模型,分析了振动对测距的影响机理,通过对测量系统的色散失配效应进行补偿降低了色散影响,然后对测量信号进行交叠分时Chirp Z变换计算不同时刻目标距离,进一步结合卡尔曼滤波方法对目标距离信息进行状态估计,使测量的标准差由185.4μm降低到9.0μm,有效降低了环境振动对测量结果的影响,提高了测量精度.该方法在不需要改变激光扫频干涉绝对距离测量装置的条件下,为进一步提高振动环境中的测距精度提供了解决方法,降低了装置复杂度和成本. 展开更多
关键词 干涉仪 激光频率扫描干涉仪 激光测距 振动
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空间激光干涉引力波探测 被引量:78
3
作者 罗子人 白姗 +18 位作者 边星 陈葛瑞 董鹏 董玉辉 高伟 龚雪飞 贺建武 李洪银 李向前 李玉琼 刘河山 邵明学 宋同消 孙保三 唐文林 徐鹏 徐生年 杨然 靳刚 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2013年第4期415-447,共33页
为印证广义相对论和开拓引力波天文学窗口,引力波探测是当前国际研究热点.本文围绕空间激光干涉引力波探测,对其科学意义、发展状况、关键技术等进行了回顾.与地面激光干涉引力波探测相比,空间探测的工作频段更低,从104~10Hz,在工作距... 为印证广义相对论和开拓引力波天文学窗口,引力波探测是当前国际研究热点.本文围绕空间激光干涉引力波探测,对其科学意义、发展状况、关键技术等进行了回顾.与地面激光干涉引力波探测相比,空间探测的工作频段更低,从104~10Hz,在工作距离为百万公里量级上,预计能探测到双致密星系统、超大质量比双黑洞绕转系统、中等质量比双黑洞绕转系统,以及星系合并引起的超大质量黑洞并合等波源.为此,测距精度须达到皮米的量级,并且保证测距技术有效工作的无拖曳航天技术亦有很高的要求.本文以欧洲的空间激光引力波探测计划为例,主要对上述两项技术进行分析和阐述,并展望了空间引力波探测在我国的发展趋势和前景. 展开更多
关键词 引力波探测 激光干涉测距系统 无拖曳航天技术 惯性传感器 微推进器 引力波天文学
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基于光纤色散相位补偿的高分辨率激光频率扫描干涉测量研究 被引量:9
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作者 许新科 刘国栋 +3 位作者 刘炳国 陈凤东 庄志涛 甘雨 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第21期466-478,共13页
为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量,增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键.采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法.本研究发现随着扫频带宽和测量... 为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量,增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键.采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法.本研究发现随着扫频带宽和测量范围的增加,光纤辅助干涉仪与测量光路中存在的色散失配导致频谱出现严重展宽,极大的降低了测量的分辨率.本文建立了辅助干涉仪和测量干涉仪色散失配影响的理论模型,利用该模型分析了扫频带宽和测量范围与测量分辨率的变化关系,与实验结果相一致,并进而提出了基于峰值演化消畸变的色散相位补偿方法,有效地提高了测量的分辨率,在2.53 m处实现了接近理论值的64.5μm的测量分辨率.该色散失配模型及补偿方法为提高大尺寸激光频率扫描干涉仪的测量分辨率及测距范围提供了参考. 展开更多
关键词 干涉仪 激光频率扫描干涉仪 激光测距 光纤色散
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高g值加速度传感器校准不确定度及误差分析 被引量:7
5
作者 王艳阳 石云波 +2 位作者 王华 康强 杨志才 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期971-976,共6页
总结了霍普金森杆校准MEMS高量程加速度传感器过程中的不确定度、误差来源及影响。通过对实验设备中存在误差和不确定因素的各个方面进行分析研究,得到实验设备的不确定度为1.7%,并分析了两种标定方式结果。在此实验基础上对实验室自研... 总结了霍普金森杆校准MEMS高量程加速度传感器过程中的不确定度、误差来源及影响。通过对实验设备中存在误差和不确定因素的各个方面进行分析研究,得到实验设备的不确定度为1.7%,并分析了两种标定方式结果。在此实验基础上对实验室自研的传感器进行了标定,得到了传感器的参考灵敏度。 展开更多
关键词 MEMS 高量程 差动式激光干涉仪 高g值加速度计 不确定度 误差分析
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利用纳米测量机实现大范围的计量型原子力显微镜 被引量:4
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作者 郭彤 傅星 +2 位作者 陈津平 胡晓东 胡小唐 《计量学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期1-4,共4页
利用纳米测量机(NMM)和原子力显微镜(AFM)实现了大范围的计量型AFM,测量范围可以达到25mmⅹ25mmⅹ5mm,分辨力为0.1nm。纳米测量机扩展了普通AFM测头的测量范围,减小了压电扫描器固有特性的影响。运动全范围内的自适应误差补偿通过5个自... 利用纳米测量机(NMM)和原子力显微镜(AFM)实现了大范围的计量型AFM,测量范围可以达到25mmⅹ25mmⅹ5mm,分辨力为0.1nm。纳米测量机扩展了普通AFM测头的测量范围,减小了压电扫描器固有特性的影响。运动全范围内的自适应误差补偿通过5个自由度的闭环操作得以实现。系统的高精度是通过3个微型激光干涉仪的零阿贝误差设置,一个表面传感AFM测头以及两个角度传感器实现。系统具有4种工作模式,其中第4种为最佳工作模式。实验结果表明系统具有高精度和大范围的特点。 展开更多
关键词 计量学 纳米测量机 计量型原子力显微镜 激光干涉仪 大范围测量
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中国空间引力波探测“太极计划”及“太极1号”在轨测试 被引量:54
7
作者 罗子人 张敏 +2 位作者 靳刚 吴岳良 胡文瑞 《深空探测学报》 2020年第1期3-10,共8页
我国空间引力波探测“太极计划”将打开中低频段(0.1 mHz^1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了... 我国空间引力波探测“太极计划”将打开中低频段(0.1 mHz^1 Hz)的引力波观测窗口,为人类研究宇宙起源与演化、黑洞起源与演化、引力本质、暗能量和暗物质等提供全新的方法和手段。由于空间引力波探测涉及一系列关键技术,太极计划提出了“单星”“双星”和“三星”3步走的发展路线图。目前“单星”计划——“太极1号”发射成功,并圆满完成了第一阶段的在轨测试。本文将简要介绍空间引力波探测的科学价值、国内外背景和关键技术分解,重点对太极计划及其3步走发展规划进行分析,并提出后续工作的一些设想和发展建议。 展开更多
关键词 空间引力波探测 太极计划 星间激光干涉测距系统 无拖曳控制系统 引力波天文学
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光电倍增管偏置系统及其对输出特性的影响
8
作者 汪源浚 王翔 +2 位作者 汪小松 付秋卫 王为 《教学与科技》 2007年第4期8-11,共4页
文章介绍了光电倍增管偏置系统及其对输出特性的影响,推荐了正确使光电倍增管的方法,列举了将其应用于激光测速的实例。
关键词 光电倍增管 偏置系统 线性区 激光二极管 激光测速
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大角度激光干涉测角方法研究
9
作者 燕必希 施涌潮 杜玲 《北京机械工业学院学报》 1998年第3期85-88,共4页
传统激光干涉测角方法,大多采用迈克尔逊干涉仪光路或其变形,将角度测量转变为光程测量。但传统干涉测角方法测角范围通常很小,一般在±5°之间。后来虽然做了改进,但测角范围也只到95°(-45°~+50°)。在分析了... 传统激光干涉测角方法,大多采用迈克尔逊干涉仪光路或其变形,将角度测量转变为光程测量。但传统干涉测角方法测角范围通常很小,一般在±5°之间。后来虽然做了改进,但测角范围也只到95°(-45°~+50°)。在分析了传统干涉测角方法优缺点的基础上提出了一种新的干涉测角方法,在不降低系统灵敏度的前提下,测角范围极大提高,可到180°(±90°)。 展开更多
关键词 测量范围 角度干涉仪 激光干涉测角仪
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星间激光干涉仪测距技术发展现状与趋势 被引量:6
10
作者 马磊 钟兴旺 +1 位作者 刘玄 任帅 《空间电子技术》 2018年第6期1-6,共6页
针对航天领域精密测量的应用需求,结合星间激光干涉仪测距技术逐渐成为航天领域高精度测距手段的研究现状,文章对国内外星间激光干涉仪测距技术及应用领域的发展现状进行了论述,分析了星间激光干涉仪测距技术发展的特点。研究表明,高精... 针对航天领域精密测量的应用需求,结合星间激光干涉仪测距技术逐渐成为航天领域高精度测距手段的研究现状,文章对国内外星间激光干涉仪测距技术及应用领域的发展现状进行了论述,分析了星间激光干涉仪测距技术发展的特点。研究表明,高精度、高动态测量是星间激光干涉仪测距技术的主要发展方向。这些技术的发展将使星间激光干涉仪测距技术在我国航天领域得到更广泛的应用。 展开更多
关键词 星间测距 激光干涉仪测距技术 高精度 高动态
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短距离精密测距技术的研究 被引量:3
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作者 王德利 范百兴 +1 位作者 苏雪龙 吴卓昊 《北京测绘》 2017年第01S期317-321,共5页
本文根据浮子式液位计原位校准系统的要求与苏州第一光学仪器厂合作生产出一款短距离高精度测距仪,它采用相位法测距原理,在使用其配套棱镜时,10m范围内测距精度可达0.3mm。本文在分析和评定测距仪内符合精度的基础上,利用双频激光干涉... 本文根据浮子式液位计原位校准系统的要求与苏州第一光学仪器厂合作生产出一款短距离高精度测距仪,它采用相位法测距原理,在使用其配套棱镜时,10m范围内测距精度可达0.3mm。本文在分析和评定测距仪内符合精度的基础上,利用双频激光干涉仪校准系统,对仪器的精度进行了检定和分析,并通过三次样条插值等方法对测距误差进行拟合分析,利用拟合函数对测距误差进行改正,进一步提高测距仪的精度。最后通过验证,经过改正后的测距仪精度可达0.1mm。 展开更多
关键词 精密测距仪 相位法 测距精度 双频激光干涉仪 三次样条插值
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基于GRACE-FO的微波与激光星间测距数据的重力场模型对比分析
12
作者 朱紫彤 闫易浩 +4 位作者 梁磊 穆庆禄 王长青 冯伟 钟敏 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2022年第12期1262-1268,共7页
为分析GRACE-FO微波测距系统KBR及激光干涉测距系统LRI对时变重力场结果的影响,以动力学方法为基础,分别采用KBR数据和LRI数据反演2019-01~2021-08的90阶无约束时变重力场模型APM_KBR和APM_LRI,并进行对比分析。从重力场模型阶方差和等... 为分析GRACE-FO微波测距系统KBR及激光干涉测距系统LRI对时变重力场结果的影响,以动力学方法为基础,分别采用KBR数据和LRI数据反演2019-01~2021-08的90阶无约束时变重力场模型APM_KBR和APM_LRI,并进行对比分析。从重力场模型阶方差和等效水柱高的空间分布来看,在两类测距数据完整且质量较好的前提下,两者精度处于同一水平,而当发生较多月卫星机动或其他卫星事件时会使LRI数据缺失,从而导致APM_LRI模型在该月得到的等效水柱高时间序列信噪比略低。由后验残差结果可知,APM_LRI后验残差RMS比APM_KBR减少约50%,且在高频处(大于等于60 CPR)LRI的后验残差显著低于KBR。总体来说,在现有条件下,由于背景场模型等其他因素影响,两类测距数据反演重力场的阶方差和等效水柱高结果基本一致,但后验残差上LRI测距具有更低的噪声。因此,未来可直接使用LRI测距数据探测、分析较弱的地球物理信号。 展开更多
关键词 GRACE-FO 时变重力场模型 激光测距 K波段微波测距 后验残差
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飞秒激光微加工蓝宝石晶片光纤压力传感器
13
作者 江毅 张雨彤 邓辉 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期80-87,共8页
提出了一种高温大量程的蓝宝石法布里-珀罗(F-P)干涉仪压力传感器。传感器由三层蓝宝石晶片直接键合而成,包括蓝宝石衬底、带通孔的蓝宝石晶片和感压蓝宝石晶片。飞秒激光用于在蓝宝石晶片的中心刻蚀通孔,并粗糙化感压蓝宝石晶片的外表... 提出了一种高温大量程的蓝宝石法布里-珀罗(F-P)干涉仪压力传感器。传感器由三层蓝宝石晶片直接键合而成,包括蓝宝石衬底、带通孔的蓝宝石晶片和感压蓝宝石晶片。飞秒激光用于在蓝宝石晶片的中心刻蚀通孔,并粗糙化感压蓝宝石晶片的外表面。利用蓝宝石晶片抛光面作为F-P腔的反射面,有助于降低解调出的光学腔长波动,提高压力分辨率。提出的传感器在室温、0~30 MPa的高压力范围内光学腔长随压力线性变化,压力灵敏度为0.1253μm/MPa,相对分辨率达到0.04%FS(full scale,全量程),且能在700℃下稳定工作。 展开更多
关键词 光纤光学 光纤压力传感器 非本征法布里-珀罗干涉仪 蓝宝石晶片 飞秒激光微加工 大压力量程
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激光稳频的共焦法布里-珀罗干涉仪 被引量:13
14
作者 孙旭涛 刘继桥 +1 位作者 周军 陈卫标 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1005-1008,共4页
针对多普勒激光雷达激光源短期频率漂移低于1 MHz的要求,设计了一种共焦干涉仪作为频率标准进行稳频。通过对三种不同材料制成的共焦法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪中心频率随温度漂移情况进行分析对比,选用零膨胀微晶玻璃材料制作共... 针对多普勒激光雷达激光源短期频率漂移低于1 MHz的要求,设计了一种共焦干涉仪作为频率标准进行稳频。通过对三种不同材料制成的共焦法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪中心频率随温度漂移情况进行分析对比,选用零膨胀微晶玻璃材料制作共焦法布里-珀罗干涉仪,腔镜和隔离器通过光胶的方式进行组合,并且置于温控精度优于0.01 K的双层密封温控箱中。经过实验测量,共焦法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围为370 MHz,透射谱半峰全宽(FWHM)为1.7 MHz,精细度为220。采用该共焦干涉仪进行稳频,理论稳频精度可达0.15 MHz,满足激光多普勒雷达单频激光源的稳频要求。 展开更多
关键词 激光技术 共焦法布里-珀罗干涉仪 自由光谱范围 激光稳频 多普勒激光雷达
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一种调频连续波干涉激光光源非线性校正方法 被引量:7
15
作者 井李强 郑刚 +3 位作者 张雄星 孙彬 白浪 王欢 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期206-212,共7页
针对半导体激光光源连续调频时光学频率呈非线性变化的问题,提出一种电流节点校正方法。建立激光器驱动电流节点与实际拍频信号极小值点位置的关系,根据实际与理想信号极值点之间的位置偏差,对电流节点参数进行补偿,经过多次迭代实现激... 针对半导体激光光源连续调频时光学频率呈非线性变化的问题,提出一种电流节点校正方法。建立激光器驱动电流节点与实际拍频信号极小值点位置的关系,根据实际与理想信号极值点之间的位置偏差,对电流节点参数进行补偿,经过多次迭代实现激光器的调频非线性校正。通过搭建光纤调频连续波激光干涉测距系统,利用电流节点校正法实现DFB半导体激光器的调频线性化输出,并进行测距实验。结果表明,该校正方法简单有效,测距结果标准差小于11μm,800 mm测量范围内线性度达0.03%,可广泛应用于调频连续波干涉。 展开更多
关键词 激光器 调频连续波 激光测距 激光干涉 非线性校正 法布里-珀罗干涉仪
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基于调频连续波干涉技术的运动目标距离测量 被引量:13
16
作者 井李强 郑刚 +2 位作者 孙彬 王欢 白浪 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期148-154,共7页
调频连续波干涉技术对运动目标实时测距时,引起的多普勒效应会导致测量结果存在偏差。针对此问题,提出对激光光源的光学频率进行三角波调制的方法。在一个调制周期内产生两个调频方向相反的频率扫描信号,利用多普勒效应在两个调频方向... 调频连续波干涉技术对运动目标实时测距时,引起的多普勒效应会导致测量结果存在偏差。针对此问题,提出对激光光源的光学频率进行三角波调制的方法。在一个调制周期内产生两个调频方向相反的频率扫描信号,利用多普勒效应在两个调频方向上的频移量互为相反,可消除多普勒影响。实验结果表明:基于频率为2 Hz、幅度为15.57μm的单方向运动,三角波调制能够克服多普勒频移产生的5 mm测量偏差,目标距离测量结果标准差达0.035 mm;实现800 mm测量范围内,速度为1 mm/s的运动目标距离测量,具有良好的线性度;在800 mm处实现的测量速度最大可达9 mm/s,最小相对误差可达0.067%。该方法可实现运动目标距离的实时跟踪测量,有利于调频连续波干涉测距技术的广泛应用。 展开更多
关键词 测量 调频连续波 激光测距 多普勒测速 运动目标 激光干涉 法布里-珀罗干涉仪
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