线性调频激光双干涉仪绝对距离测量的研究

提出一种双干涉仪绝对距离方法，利用参考干涉仪的误差补偿作用，有效地抑制了激光器光学特性相关误差源对外腔半导体激光器线性调频绝对距离干涉测量系统的影响，提高了测距精度。文中介绍了测量原理和实验装置，作了误差补偿分析，并给出实验结果。     

红外拍频锁定型绝对距离干涉仪的研究

利用3.39μm波段双线氦氖激光器作光源实现了作者提出的拍波锁定绝对距离干涉仪新方案。在阐述绝对距离干涉计量的逐级精化理论和上述氦氖激光两级合成波测长方案的基础上,着重分析了双波长拍波锁定干涉测长原理,给出了实验原理图和部分测量结果。分析表明,拍波锁定绝对距离干涉仪的干涉条纹尾数测量精度已达5×10~(-4)。     

干涉仪激光波长定期溯源是产品质量的保证

激光干涉仪是大型精密制造加工企业常用的工业生产线上的监测仪器,激光光源精度是激光干涉仪测量准确可靠的基本保证.随着国内引进的干涉仪数量的增加,激光干涉仪光源出现问题的情况有显著上升趋势.为了保证工业生产的质量,对干涉仪光源的定期检测溯源是非常必要的.     

平面光学元件平面度动态干涉拼接测量

开展了基于动态干涉仪的平面光学元件平面度干涉拼接测量,并研究了影响测量和拼接的主要误差。用二级减振的方法来抑制环境中振动的影响;根据允许的变化条纹数来控制二维移动平台导轨精度。建立了以ZYGO公司的DynaFiz干涉仪为子口径采集仪器的干涉拼接系统,开展了单口径平面度测量及拼接实验,完成了200mm×300mm 平面光学元件的平面度测试,并与大口径干涉仪所测试的全口径测量数据进行比对,拼接结果的10次实验均方差为0.001λ(λ=632.8nm)。     

外差干涉仪频率混叠误差分析

研究了激光外差干涉仪中存在的频率混叠现象、误差形成机理和变化规律,重点分析了在共光路外差干涉仪中由激光光源的椭圆偏振化和Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ棱镜的安装方位角引起的频率混叠误差的大小及变化规律,对进一步提高共光路外差干涉测量精度具有现实意义。     

用迈克尔逊干涉光路观测牛顿干涉环及其应用

球面与平面接触可形成等厚干涉——牛顿干涉环。通常由牛顿干涉环直径(2r)与球面半径(R)的关系式:R=r~2m/m·λ又(式中λ为光波长),用测量干涉坏相应级次(m)的直径计算球面光学元件的曲率半径。这里叙述一种采用白光光源的迈克尔逊干涉光路来观测干涉环,作为球面量具或工件测长的起始定位。     

激光干涉测量中光学窗口受动态压力的影响分析

利用激光干涉仪对动态压力进行非接触测量时,压力腔中常设计光学窗口,目的是在动态压力环境与激光干涉仪间建立光学通道,利用激光干涉法使动态压力能溯源到时间、长度与静态压力上。由于在动态压力环境下光学窗口受到内外压差、温度梯度、振动等因素影响,将直接影响光学测量精度。针对上述问题,通过仿真分析方法,分析在动态压力环境下压力、温度、振动与光学窗口的影响关系,同时通过光学窗口在动态压力环境下试验,研究各影响分量对真实测量结果的影响,可为后续动态压力的校准和测量进行修正和补偿以及其他类似动态压力环境下的光学窗口设计提供依据。     

串连差分白光干涉法测量金属极薄带厚度

利用白光作为光源的干涉仪(WLI)克服了单色相干光干涉相位不确定,不能够进行绝对测量的缺点,本文设计了一种串连差分白光干涉(DMLI)测量极薄金属带材厚度的新系统.该系统的特点是由两个迈克尔逊干涉仪(MI)串联组成差分干涉系统,两个干涉仪的测量反射面由薄带的两个对应表面承担,干涉系统的最后输出信号只与薄带的厚度有关,而与薄带在测量光路中的位置无关.理论分析及实验结果表明,该系统既有干涉测量的高精度,高灵敏度,又具有较强的抗干扰能力.     

基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统北大核心CSCD

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正弦函数,并利用有限元仿真对位移测量原理进行验证。设计搭建了基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统。实验结果表明:该系统在1 min内静态噪声电压标准差为23.3 mV;在1 mm位移范围内,该系统与XL-80激光干涉仪的测量结果呈现高度线性关系,线性相关系数R 2为1,且该系统位移测量重复性优于XL-80激光干涉仪。     

双光源光切法三维轮廓测量系统精度的研究

本文从三角测量的原理出发，对双光源光切法三维轮廓测量系统的精度进行了深入讨论，分析了系统各环节的误差产生原因及对测量精度的影响程度，得出了系统误差、特别是光学系统成象倍率误差是影响测量精度的主要因素的结论在此基础上提出了降低各环节误差的改进措施，并进行了对比实验。     

一种高电压环境下的二维微位移测量系统研制

高压电容器高低压电极之间不同轴,在通电状态下高低压电极间会产生相对位移,影响电容电压系数。为准确测量在高电压环境下高、低压电极之间的相对位移,研制一种基于微结构特征与数字图像序列分析相结合的二维微位移测量系统。该系统由标片、工业相机、镜头、环形光源、无线通信模块、微型电脑等部分组成。通过激光干涉仪对标片上圆心距离进行精确标定,各方向标定系数分散性标准差为2.16×10~(–4)μm/像素,再通过圆心距离计算测量系统每个像素代表的长度值,采用这种方法可以将系统的测量结果溯源至激光波长。通过对系统精度的实验验证,在[0 mm, 8 mm]测量范围内,所研制系统在二维方向的准确度优于4.9μm。结果表明,该系统满足高压电容器高低压电极之间位移测量精度要求。     

双目视觉系统测量精度分析

针对双目视觉系统测量精度的问题,本文提出并建立了双目视觉系统误差分析模型,分析了摄像机标定精度、镜头参数及系统结构参数对系统测量精度的影响,并结合实验证明了理论的正确性。实验表明,在标定板均匀分布于具有较大深度范围系统的整个可视区域时,增加标定图像数目能有效提高系统精度;在保证系统有效视场的前提下,增大基线距能有效的提高系统测量精度;相机光轴与基线夹角在[55o~70o]取值时,系统测量精度较高。     

自适应系统在单频激光干涉仪上的应用研究

通过对单频激光干涉仪焦平面上等倾干涉条纹的能量分析和环境因素带来的随机噪声分析,研制一种自适应系统。该系统采用了四阶累积量计算法、信号滤波和信号直流分量提取算法。实验结果表明,可有效处理噪声信号,提取信号直流分量,从而提高直流分量跟踪精度。将该系统安装在单频激光干涉仪上,在非实验室环境条件下其线性测长准确度可达0.9×10^-6 L,测量重复性为0.09 μm。     

折叠腔法布里—珀罗干涉及其透射光相位变化的研究

利用折叠腔法-珀干涉仪实现了高精度位移测量,使干涉级次的当量缩小了一倍,而且扩大了法-珀干涉仪的测量范围。但折叠腔法-珀干涉仪透射光的相位在经立体棱镜反射时发生了变化,本文对折叠腔法-珀干涉仪及其透射光相位的变化进行了分析研究。     

全视场外差白光干涉测量技术

为了解决传统白光干涉测量技术中对线性位移机构的位移精度要求过高的问题,本文提出了一种全视场外差白光干涉测量技术。该技术主要通过使用存在差频的白光干涉信号作为光源来实现在大扫描步长和低扫描精度条件下相干峰位置的高精度检测。本文首先建立了白光外差干涉的数学模型,再根据数学模型提供的光强信号特性提出了整体系统设计方案,然后对测量方案的可行性进行了实验验证。最后针对多种误差对算法计算精度的影响进行了理论分析和数据对比。误差分析的结果表明:白光外差干涉测量技术提供更高的测量精度和更好的抗干扰性能,有效地降低了传统白光干涉测量对线性位移机构精度的严苛依赖,为光学自由曲面检测技术提供了更多的可选解决方案。     

白光相移干涉中频谱对测量精度的影响

在相移干涉中有时采用白光干涉来扩大深度测量范围,白光光源的使用,缩短了光束的相干长度,降低了测量精度。本文从干涉理论出发推导了白光相移干涉法测量三维表面形貌的计算公式,通过数值积分的方法分析了干涉光频谱对测量精度的影响。分析表明,在白光相移干涉测量中表面形貌的测量精度与中心波长和频谱宽度有关,白光频谱越宽,测量精度越低,中心波长越大,测量精度越高。     

新型零差激光干涉仪测量误差因素分析

介绍了新型零差激光干涉仪的测量原理,实验和理论分析了干涉条纹宽度、激光光强、散斑效应对该激光干涉仪测量误差的影响。结果表明,干涉条纹宽度对振幅测量值影响并不明显,测量误差为0.5%;光强变化引起的振幅测量误差为0.5%,光强较弱会增大测量误差;散斑效应引起的振幅测量误差与透镜参数有关,测量误差为0.4%。该新型零差激光干涉仪可有效降低测振系统对测量环境的要求。     

块状材料的折射率测量实验研究

利用迈克尔逊干涉仪对透明平板材料如玻片的折射率进行了测量研究,通过分析实验中的光程差,分别采用He-Ne激光器和白炽灯做光源,根据干涉条纹的吞吐变化规律、条纹形状与颜色,对测试结果进行分析。测试结果表明该方法改善了传统干涉法测量折射率时玻片瞬间条纹移动数目不易精确计数的弊端。     

试析光干涉测量几何长度的相对不确定度极限

随着稳频激光和现代干涉仪的发展，光波波长在空气中的不确定性已成为限制用光学方法测量几何长度相对不确定度的主要因素。本回顾了现代干涉测长精度的提高；探讨了用Ｅｄｌｅｎ公式修正空气中波长及其在高精度实际应用中的限制，用折射率干涉仪修正空气中波长的技术关键和可达到的精度极限；最后介绍了在真空中测长的实用性以及可能达到的精度。     

拉曼光反射镜隔振平台设计及性能测试

为提高原子干涉重力仪拉曼光相位稳定性,降低拉曼光反射镜振动噪声对原子干涉仪测量精度的影响,设计并研制了一种适用于小型化原子干涉重力仪拉曼光反射镜隔振平台。通过COMSOL Multiphysics有限元分析和激光干涉仪测试验证了其隔振性能。根据原子干涉重力仪对噪声控制的要求,对隔振平台在60～200 Hz内的减振效果进行仿真,将仿真结果作为试验的指导,用扫描式激光干涉仪配合标准振动台,对装载到隔振平台上的拉曼光反射镜的振动进行了测试,结果符合仿真结论。