基于平移旋转的球面绝对检测技术仿真分析

基于平移旋转的球面绝对检测技术是一种实现高精度面形测量的有效手段。通过绕光轴多次等角度旋转被测球面测得被测面面形误差的旋转非对称部分,并由共心平移被测球面恢复出被测面面形误差的旋转对称部分,合成即可得到被测球面完整的面形信息。详细推导了平移旋转法的理论公式,并进行了仿真分析。仿真结果表明,基于上述方法获得的被测球面面形误差与初始面形误差残差图的均方根值为5.300 010-12 nm,其与初始面形误差均方根值的比值为1.164 110-12,理论误差极小,满足高精度面形检测要求。     

Absolute surface figure testing by shift-rotation method using Zernike polynomials

In surface figure testing, most of them are relative tests, and the reference surface usually limits the accuracy of test results. Absolute calibration is one of the most important and efficient techniques to reach subnanometer accuracy in surface figure testing. An absolute testing method, a shift-rotation method using Zernike polynomials, is presented, which can be used to calibrate both flat and spherical surfaces (concave or convex). Calibration contains at least three position measurements: one basic position, one rotation, and one lateral shift of the test surface. Experiments show that the repeatability of this method is 0.13?nm RMS, and pixel-to-pixel comparison with the two-sphere method is 0.2?nm RMS.     

精密宏微复合绝对式光栅尺设计与研究

通过对光栅尺原理的研究,设计一种宏微复合切换测量模式,利用增量码进行低精度测量,绝对码进行高精度测量。采用增量方式采集莫尔条纹的高速性,解决高精度绝对位置采集的低速性,实现宏微复合的高速与高精度的测量。实验证明,高精度低速绝对位置测量过程中测量精度可达0.6 m,在测量中使用新型高速与低速的变速切换测量方式,综合测量速度最高可以达到2 m/s。     

Absolute surface form measurement of flat optics based on oblique incidence method

In this Letter, a test method based on oblique incidence is practically implemented in the interferometric measurement process. Three sets of wavefront data are achieved through cavity interference measurement with a Fizeau interferometer and one oblique incidence measurement. An iterative algorithm is applied to retrieve the absolute surface shape of the test flat. By adding two sets of measurements, the absolute surface error of the interferometer's reference flat can be obtained. The new method can not only calibrate the reference flat error of interferometer, but also provide the absolute measurement method for high precision optical components applied in high power laser systems.     

一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距新方法的理论分析

本文提出了一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距的新方法, 结合基于双光梳互相关的多外差距离测量和基于重复频率的梳间拍频距离测量, 在不需要依靠脉冲飞行时间先验判断以及扫描重复频率或扫描参考光路的前提下实现km量程高精度绝对测距. 文章在光梳基本原理和测距方案的基础上, 建立了基于双光梳的大尺寸距离测量链理论模型, 讨论了多外差最低谱线和光梳重复频率稳定度对测量结果的影响, 并进行了大量仿真计算; 仿真结果表明, 在理想相位解调精度的前提下, 该方法的测距误差优于± 50 pm, 且多外差最低谱线的频率偏差对测距造成的影响远低于多外差测量的测距分辨力, 验证了该方法能够用于开展大尺寸高精度绝对测距研究. 关键词： 激光测距 飞秒光梳 重复频率 多外差干涉     

一种光学频率梳绝对测距的新方法

采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用.提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间的关系、干涉条纹峰值点位置与被测距离之间的关系.建立了基于Michelson干涉原理的测距系统,通过测量光强信息得到被测距离.以高精度纳米位移平台的位移量作为长度基准进行了绝对测距实验,在每个被测距离点都重复进行了10次实验,将10次实验测得的光强值取平均后用于距离的计算.实验结果表明,该方法可以实现绝对距离测量,在10μm测量范围内,最大误差为47 nm.因此,该方法可以应用于大尺寸高精度的绝对距离测量.     

绝对辐射计预测辐射电补偿的快速测量方法

绝对辐射计测量光辐射需要接收辐射和电定标两个阶段,这两个阶段都要使辐射计的接收腔达到热平衡才能比较它们的腔温响应．电定标其辐射量值。根据绝对辐射计接收腔在光入射(或电加热)时腔温升响应的指数变化规律,研究出在辐射入射腔之初就动态预测其功率．电加热补偿,使腔的温度住接收辐射和电定标阶段维持恒定的状态下．快速达到平衡进行测量的新方法。为世界辐射中心(PMOD／WRC)研制的两台太阳辐照绝对辐射计SIAR-2a和SIAR-2b采用了这种快速测量的厅法。斤在世界辐射中心进行一年半10000多次同世界标准(辐射计)组(WSG)一起同时观测太阳辐照度的比刘实验．结果表明其绝对辐射精度达到了0．08％．既保持了原有测量方法(慢速热平衡、测量时间长)的精度．又缩短了秒测量时间。     

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。     

基于奇偶函数法的绝对检测实验研究

针对平面干涉检测技术的检测精度受限于参考面面形精度的问题,提出使用基于奇偶函数的高精度绝对检测方法消除干涉系统中参考面面形误差的影响。对旋转角度误差与旋转偏心误差对绝对检测方法测量精度的影响进行了仿真分析。利用商用菲索干涉仪,设计和分析了绝对检测精度实验及重复性实验。仿真结果显示:旋转角度误差在达到0.13°时,测量误差PV值为0.000 1λ;旋转偏心误差达到3 pixel时,测量误差PV值为0.005λ。实验结果显示:测得实际样品的绝对检测精度PV₁₀值为0.041 5 λ,RMS值为0.008 7 λ,小于常规干涉检测所得结果;对同一平面两次独立的绝对检测结果进行点对点作差处理,从而获得残差图,其残差图PV₁₀值为0.004 λRMS值为0.000 5 λ。实验结果表明了该方法的高重复性和有效性。     

Absolute small-angle measurement based on optical feedback interferometry

We present a simple but effective method for small-angle measurement based on optical feedback interferometry （or laser self-mixing interferometry）. The absolute zero angle can be defined at the biggest fringe amplitude point, so this method can also achieve absolute angle measurement. In order to verify the method, we construct an angle measurement system. The Fourier-transform method is used to analysis the interference signal. Rotation angles are experimentally measured with a resolution of 10^-6 rad and a measurement range of approximately from -0.0007 to ＋0.0007 rad.     

基于多次平移的平面绝对检测仿真

将待测面形表示为多项式的和,通过分别沿x,y向多次平移待检光学元件得到移动前后待测元件面形差,采用最小二乘法拟合多项式系数,得到待检光学元件的绝对面形。推导了多次平移法的理论公式,并进行了仿真实验,模拟了移动次数、移动间隔和采样点数对测量精度的影响。仿真结果表明:待测平面与初始平面残差图的均方根值为5.118×10~(-13)λ,理论误差达到高精度平面面形检测要求。     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.     

Comparative experimental study on absolute measurement of spherical surface with two-sphere method

The two-sphere method with multiple confocal measurements and a “cat's-eye” measurement is used widely in high accuracy interferometry, which can obtain the absolute surface data of the tested spherical surface. We provide a comparative experimental study on absolute testing procedures for spherical surface with two-sphere method, which include the classical Jensen method with three position measurements, the Zygo method with five position measurements and a variant of the Jensen method. The variant of the Jensen method can combine the multiple “three-position” measurements based on the fiducial method and averaging method. The repeatability of the involved absolute measurement methods is also studied by the five set experiments, and the corresponding Zernike fitting coefficients are compared in detail. The experimental results are meaningful for implementation of two-sphere method with higher repeatability in practice.     

表面辐射测温方法的设计原理

讨论了表面辐射测温方法的设计中所包含的几个基本问题:辐射的光谱和方向复杂性问题、光学设计问题以及电路设计问题,给出了具有普适意义的辐射测温基本分析式。比较了绝对辐射测温方法和相对辐射测温方法,指出前者须做标定,并且不宜进行温度场测量;后者无须标定,适合于温度场测量。     

一种球面透镜波前畸变的绝对检测方法

球面透镜的透射波前畸变是影响激光驱动器光束质量的重要参数。采用移相干涉仪检测球面透镜波前畸变时,测量结果的精度受限于标准球面镜头和后置平面反射镜的精度。然而,现有的绝对检测技术仅适用于反射元件。为了满足球面透镜波前畸变的高精度检测需求,提出了一种适用于球面透镜透射波前的绝对检测方法:三位置 平移相减法。详细介绍了三位置 平移相减法的原理,对其进行了模拟仿真和实验验证。仿真结果显示:三位置 平移相减法的仿真误差为10 nm~13 nm,达到高精度测量的理论要求;实验结果表明:三位置 平移相减法可以有效地减小前标准球面镜头和后置平面反射镜对测量结果的影响,该方法对球面透镜的加工和装调具有很好的指导意义。     

一种测量功率超声振动系统振速比的简单方法

本文提出了一种测量功率超声振动系统中振动速度比的简单方法。与传统的测量方法相比,本方法将力学量转变为电学量的测量,将绝对测量变成了相对测量,降低了对实验设备的要求,有利于提高测试精度。     

高分辨率调频连续波激光绝对测距研究

大空间精密测量在重大装备制造、空间科技、国防工业等方面发挥着重要作用,激光高精度绝对长度测量是大空间精密测量领域的重要研究课题.调频连续波激光测距是近年来激光绝对测距研究的热点,它克服了脉冲法测量分辨率低和相位法激光测距存在2π缠绕模糊度问题的缺点,有着测量精度高、量程大的优点.本文研究了调频连续波激光测距的原理,分析了影响其测距分辨率的主要原因,证明了利用等光频间隔采样来抑制激光调制非线性对测距结果影响的可行性.该方法可以提高测距分辨率,且系统构成简单、实用性强.搭建了光纤调频连续波激光测距系统,并加入了辅助干涉光路对测量信号进行等光频间隔采样.利用该系统进行了测距分辨率实验,实验结果表明,本系统测量分辨率可以达到50μm,测量范围达到了10m.     

Absolute calibration of photodetectors: photocurrent multiplication versus photocurrent subtraction

We report testing of the new absolute method of photodetector calibration based on the difference-signal measurement for two-mode squeezed vacuum by comparison with the traditional absolute method based on coincidence counting. Using low-gain parametric downconversion, we have measured the quantum efficiency of a counting detector by both methods. The difference-signal method was adapted for the counting detectors by taking into account the dead-time effect.     

Alternative method of wavelength drift free dual-wavelength heterodyne interferometry for the absolute distance measurement

Based on the technique of dual-wavelength and principle of heterodyne interferometry, a modified method for measuring the absolute distance is proposed. Because two test lights suffer from the same influence of wavelength drift in the measurement setup, the minus effect coming from the wavelength drift can be offset. Therefore, the measurement accuracy can be significantly increased. The feasibility of this method was demonstrated with a measurement resolution of about 1.50 μm. This method provides the advantages of a simple optical setup, easy operation and rapid measurement.