第三代激光干涉仪——固体微片激光自混合测量技术的突破

微片激光自混合干涉仪原理上与迈克尔逊干涉仪不同。主要差别是:激光自混合干涉仪的光束照射在被测物上并被反射回激光器被激光器内放大介质放大。作者课题组研究的的激光自混合干涉仪的测量速度达到了1 m/s以上,10 m空程的环境误差小到了40 nm。它具有全固态、可测"黑"目标的位移等性能,又达到了传统激光干涉仪的技术指标。如果第一代光学干涉仪是以光谱灯做光源,第二代光学干涉仪是以He Ne气体激光器做光源的话,固体激光自混合干涉仪因其激光"自混合"原理可看成是第三代激光干涉仪。     

频率分裂在双频激光器和位移传感器中的两种新应用

主要介绍了激光频率分裂技术的两种新应用,包括用两种方法克服强模竞争以获得频差可覆盖1～40MHz的双频激光器,以及将一个双折射双频激光器本身用作一个位移传感器.这种双频激光器可以填补塞曼激光器和双折射激光器之间存在的3～40 MHz频差空白,可以用作激光干涉仪理想的光源.位移传感器结构简单,其分辨率为79 nm,测量范围达到了15 mm,并且可以自校准.     

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.     

纳米计量与分子坐标测量机系统设计（2）

NanmetrologyandMolecularMeasuringMachineSystemDesign（2）WangJia4分子测量机计量系统STM和AFM均不是计量型仪器，而是作为位置传感器。分子坐标测量机必须采用能够溯源的超高分辨率激光外差干涉仪作为测量参考基准，并测量探针和样品之间的相对运动。激光外差可采用塞曼频率分裂，多模激光器或声光电光调制原理。干涉仪采用了光学8倍频。用相位计从时间间隔分析器中计算相位，其时间分辨率为200pa，电子细分技术实现1000细分。干涉仪的分辨率为0．075um。获得高精度的主要障碍是激光器和干涉仪光学元件中偏振态混合效应和非线性…     

新型移相量块干涉仪的研制

研制了一台用于0.5~100 mm量块测量的新型移相量块干涉仪,分别以波长为633 nm和543 nm的两台稳频激光器作为测量光源,通过一根单模光纤引入到干涉仪内。高精密移相器实现5步移相干涉测量,CCD相机采集干涉条纹并计算干涉条纹小数,被测量块长度采用多波长的小数重合法计算。移相量块干涉仪的测量不确定度达到U=0.015μm+0.07×10~(-6)L(L为量块长度,mm)。     

双纵模双频激光干涉仪

本文介绍了一种双纵模双频激光干涉仪的原理,结构及激光光源采用的热稳频原理。激光源采用热稳频方法,不使用压电晶体也不用线膨胀系数小的材料做谐振腔,无须外加磁场,只使用电真空玻璃制造的普通全内腔式He-Ne激光管。干涉仪成本低,激光管寿命长,并能获得550—650MHz的拍频,使干涉仪具有良好的动态测量性能。本仪器经中国测试技术研究院测定,其偏差小于0.1μm/800mm,稳频精度优于2×10~(-9),频率复现性:1×10~(-8)。     

氦-氖6328埃激光波长的绝对测量

近年来,氦一氖激光器在计量学方面获得了日盆广泛的应用。其中鞍主要的用途之一是利用激光的干涉能力强这一优点,将激光器作为干涉仪的光源而广泛使用于线纹尺的自动检定、刻线、以及座标镗床的定位等等。在这些应用中,光波波长实际上是起了“光学尺”的作用,而激光波长的不准确会直接带来测量结果的误差。因此,必须对激光波长进行绝对测量。1.测量装置测量工作是在光谱仪和法布里一珀罗标     

检验平行度及棱镜角度的干涉法

举例说明了一种检验光学零件的简便方法:平面平行玻璃板的平行度;保罗棱镜(译者注一即普通直角棱镜,国内通称“直角棱镜DⅡ—180”,光轴转角180°,反射次数为2次。)90°角偏差及尖塔差;直角棱镜45°角偏差。用氦氖激光做光源,被测零件本身做为干涉仪。     

脉冲激光频域干涉技术在泵浦探测实验中的应用

通过对频域干涉原理的深入研究,本文提出了一种超快时间分辨力的脉冲激光频域干涉技术.采用该技术方法可精确同步泵浦-探测实验中泵浦脉冲和探测脉冲的传输时间,其同步精度与脉冲激光器脉宽相当.本文详细论述了频域干涉技术的系统构成和工作原理,数值模拟了飞秒脉冲激光频域干涉仪的输出信号,指出当频域干涉仪输出的条纹数最少时,两脉冲之间的传输时间差即达到最小,最后通过动态实验验证了理论推导结果.     

推广应用双频激光干涉仪的几个问题

自我国第一台双频激光干涉仪于1976年研制成功以来,相继有科研、高等院校和工厂等近十个单位做了进一步研究和改进,并有小批量生产。特别是近年来计算技术的应用,使得国产双频激光干涉仪无论在性能上还是在技术指标上都达到了美国HP公司产品的水平。但仪器还没有得到广泛的应用,特别是在计量测试技术领域方面,没有得到应有的重视,本文就双频激光干涉仪的各种用途和有待解决的几个技术问题等作一简要叙述。     

大范围二维纳米位移台的控制及非线性校准的实验研究

搭建了基于激光干涉仪测量原理的三轴微位移测量系统,对大范围二维纳米位移台的控制及非线性校准进行实验研究。介绍了双频激光干涉仪测量系统的构成;编写了纳米位移台的控制程序和激光干涉仪数据采集程序;阐述了位移台的非线性校准方法,并通过实验对比了多项式三阶拟合和三阶分段拟合的差别,验证了校准方法的准确性。实验表明:使用三阶分段拟合的校准方法效果更好,校准前,x轴的最大非线性误差为4.052μm,y轴的最大非线性误差为2.927μm;校准后,x轴的最大非线性误差为15nm,y轴的最大非线性误差为17nm,仅为原始非线性误差的1%。     

激光自混合变速测量的多项式相位参数提取

激光自混合能有效用于匀速运动物体的速度测量,为了加速激光自混合用于物体速度测量的实用化进程,对激光自混合用于变速运动物体的速度测量进行了探索.引入了基于多项式相位参数提取的信号处理算法;基于激光自混合的测速原理,推导了激光自混合用于变速测量时输出信号的多项式相位表示式,也即建立了激光自混合用于变速测量的仿真模型.通过仿真分析证明:在激光自混合变速测量中采用基于相位多项式参数提取的方法,可以获得物体运动的速度和加速度信息;该方法在较低信噪比的情况下仍然适用.     

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。     

Compact and high-precision range finder with wide dynamic range andits application

Described is a new range finder using a self-mixing laser diode (SM-LD). The range finder has a high accuracy of ±0.15% and a wide dynamic range of 0.2-1 m using only one sensor head. Compared to ultrasonic range finders, the light beam of this laser range finder can be focused and scanned. The feasibility study shows a possible application of the range finder to a visual sensor of a robot. The proposed range finder has been successfully applied as an infrared (IR) active type range finder of a single-lens reflex camera     

多波长测量技术

给出了3种多波长测量技术的应用实例,采用多波长二极管激光器干涉仪测量表面轮廓,3个二极管激光器分别发射780nm、823nm和825nm3种近红外光波,可以得到2个近似15μm和29μm的合成波长,激光二极管的注入电流用1MHz左右的3种不同频率调制,以获得干涉仪的相位调制,这3个干涉信号用1个光电检测器和锁相放大器检测,采用同样的干涉仪,仅用2种波长进行了圆度偏差测量,论述了相移干涉测量技术,其试件的长度表示为光源波长的倍数,如果只使用1种波长,则要求确切知道整数干涉级;而使用多种波长,如532nm、633nm和780nm时,可得到几个独立的长度,此时整数衍射级不同,可以通过“精确小数法”计算得到,PTB精密干涉仪长度测量不确定度很小,其单值性范围约0.6mm,因此其近似的长度估算足以满足超精密长度测量的要求。     

Two-channel interferometer based on inter-laser detection of reflected radiation

A novel laser interferometer is proposed. It successively generates two quadrature output signals at a high carrier frequency, combining a two-beam principle with a point spread function possessing a high slope. The interferometer is based on a dual-mode Zeeman He−Ne laser with a wavelength of 3.39 μm. It is used to present experimental investigations of an erosion capillary discharge in air produced by means of a grind-faced graphite employed as the reflector. Translated from Izmeriell’naya Tekhnika, No. 7, pp. 36–39, July, 1999.     

基于C#编程实现高斯牛顿法求解激光跟踪干涉仪基站空间坐标

为了实现利用C#语言编程求解激光跟踪干涉仪基站空间坐标,对基站空间坐标的标定原理进行了研究,指出本质上基站空间坐标求解问题可转化为非线性最小二乘问题,为此分析了高斯牛顿法求解原理。进一步采用C#与MATLAB混合编程、仅依靠C#语言编程两种方式实现高斯牛顿法求解。对两种编程的关键技术进行了介绍,指出了混合编程存在的不足之处。通过坐标测量机及激光跟踪干涉仪组成实验系统,在3个不同的基站站位下开展了标定实验,实验结果表明C#编程计算结果与C#调用MATLAB的计算结果相比,差值在10^-7数量级,并且效率更高,验证了C#实现高斯牛顿法求解激光跟踪干涉仪基站空间坐标的准确性,为后续激光跟踪干涉仪数据采集及处理软件的开发打下了基础。     

Self-mixing detection of backscattered radiation in single-mode pulse-periodic CO2 lasers

The self-mixing (autodyne) effect in single-mode CO(2) lasers with pulse-periodic (PP) pumping of the active medium is theoretically analyzed and experimentally investigated. A semiempirical model of the autodyne effect in CO(2) lasers of this type is developed that allows the laser beat signal to be described from the known shape of the generated pulses. The self-mixing effect in PP CO(2) lasers is shown to be identical with that in continuous-wave CO(2) lasers, except that the autodyne amplification during the laser pulse proves time-dependent. It is demonstrated that the amplitude-frequency characteristic of the autodyne amplification for PP CO(2) lasers is also of resonance nature, but its bandwidth is broadened, as compared with that in the case of continuous laser pumping. As in the case of continuous pumping, the self-mixing effect in PP CO(2) lasers can be used to detect and analyze backscattered signals, specifically for measuring the rates of destruction of materials by the 10 μm radiation and for monitoring this process.