双频激光干涉仪非线性误差测量技术研究

发布时间：2016-11-23 14:16

  本文关键词：双频激光干涉仪非线性误差测量技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2012年

双频激光干涉仪非线性误差测量技术研究

孙志猛  

【摘要】：双频激光干涉测量技术由于非接触、精度高、可溯源等优点，被广泛应用于量规检定、车床校准以及纳米传感器标定等超精密测量领域，但由于外差干涉测量系统自身固有的光学非线性误差，其测量分辨力和精度的进一步提高受到严重制约。光学非线性误差的检测技术是光学非线性误差补偿或消除的关键前提，对于实现纳米量级的测量精度具有重要实际应用意义，也是当前双频激光干涉测量技术研究的热点和难点之一。 本文深入分析了国内外双频激光干涉仪光学非线性误差检测技术的研究现状，阐述了现有研究方法的测量原理和技术特点，总结了其存在的优点和缺点，并针对现有方法存在的测量装置庞大、成本过高、只能进行静态或准静态的不足，研究了一种基于双光电探测和IQ解调相位检测的光学非线性误差测量方法，并建立了相应的实验测量平台，进行了实验验证。本课题主要完成的工作如下： 阐述了外差激光干涉测量中光学非线性误差的数学模型[26]及其计算公式，该模型从双频激光干涉仪测量光路和参考光路中的光学频率混叠现象出发，推导了光学频率混叠情形下双频激光干涉仪测量信号与频率混叠参数的函数关系，并与标准测量信号相比较，进一步导出了光学非线性误差的计算公式，揭示了光学非线性误差的变化规律，为本文光学非线性误差实时检测方法的提出奠定了理论基础； 研究了基于双光电探测技术的外差干涉光学非线性误差实时检测的原理模型[19-22]，该模型利用偏振分光镜将双频激光干涉仪的输出光信号分离成两部分，并采用两个对称的光电探测器分别进行信号检测而获得两路同频率的测量信号，根据本文建立的光学非线性误差模型和公式对两路测量信号进行分析，其非线性相位大小相等且符号相反，则可通过对二者相位求差而获得测量系统的光学非线性误差，从而建立了基于双光电探测的外差干涉光学非线性误差实时检测原理模型，据此本文还构建了光学非线性误差实时检测实验平台的光学系统； 研究了基于IQ解调测相原理的光学非线性误差实时检测数据处理技术，该技术将两个光电探测器的输出信号分别输入IQ调制电路，将每一路测量信号转变为两路正交的低频正弦信号，并由高速AD采集电路对正交信号进行采样，进而通过反正切运算而分别获得两路测量信号与IQ调制电路本振信号的相位差值，二者之差即为两测量信号的相位差，亦即外差干涉测量系统的光学非线性相位误差，根据该技术本文研制了光学非线性误差实时检测实验平台的电学系统及上位机用户软件程序； 在上述理论分析和技术研究的基础上，本文设计和研制了外差激光干涉测量光学非线性误差检测实验平台，，并进行了试验测试和验证。试验表明，相位检测单元的相位差测量不确定度为0.07°，非线性误差测量不确定度为0.15°。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH744.3;TP274
【目录】：

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