基于衍射光栅的干涉式精密位移测量系统

介绍了基于几何莫尔条纹原理和衍射干涉原理的两种光栅精密位移测量系统及各自的特点。综述了国内外对光栅干涉式精密位移测量系统的研究进展,总结了系统存在的关键问题及发展趋势。光栅干涉式精密位移测量系统的优点是对环境要求小,测量分辨率和精度较高,结构紧凑,成本低。该系统需要解决的问题包括提高光栅以及光学元器件制造和安装精度;寻求一种更高精度的检测手段对光栅位移测量系统进行标定等。光栅干涉式精密位移测量系统的发展方向为更高测量分辨率和精度,大量程、多维度测量以及尺寸小巧。该系统在现代工业加工精密制造领域将具有更广阔的应用前景。     

基于二维光栅分光的同步移相干涉测量技术

为了干涉测量的抗振目的,提出了一种新的同步移相干涉测量方案并搭建了实验装置。整个测量系统在迈克耳孙偏振移相干涉仪的基础上,利用一个正交的二维光栅产生对称分光,选取对于理想光栅衍射效率一致的(±1,±1)级衍射光作为测量分光路,使之分别通过偏振方向依次相差45°的一个偏振片组,从而分别形成0°、90°、180°和270°相移的四幅移相干涉图,按照传统的四步移相算法,对被测波面进行了复原。分析了光强畸变和移相误差对系统的测量误差的影响。利用该系统测量一球面系统,结果与在ZYGO干涉仪上相比较,球面系统的均方根误差相差0.012λ,峰谷值相差0.051λ。     

点衍射干涉检测技术

本文介绍了点衍射干涉仪不同发展阶段的特点和应用。点衍射干涉仪由波长量级的针孔产生高质量的球面波作为参考波前,能够得到衍射极限性能的分辨率。按照不同的光路特点,点衍射干涉仪可分为点衍射共路干涉和点衍射非共路干涉两种结构,主要应用于高精度波前检测和面形检测。共路干涉结构简单紧凑,对环境振动不敏感,对光源相干度要求不高,可利用光束偏振态及光栅衍射分束的特性对传统点衍射板进行改造,在全共路点衍射干涉仪中引入时间相位调制技术和干涉对比度可调技术,可进一步提高波前检测精度。采用反射式针孔和各种光纤结构发展了非共路点衍射干涉仪,实现了大口径、高精度球面反射镜面形的测量。本文重点阐述了用于极紫外光刻投影物镜中高精度球面反射镜面形检测的反射式针孔点衍射干涉仪,并展望了点衍射检测技术在生物检测等领域的应用前景和发展趋势。     

部分相干光栅衍射效应和干涉术

本文提出一种新的部分相干照明的光栅衍射干涉仪.先分析了光栅的介于Talbot和Lan效应之间的部分相干衍射效应.部分相干干涉图的特点是条纹由频率成倍的两种光栅状载波所表征.调整光源狭缝,系统在两相干性极端分别转成Talbot和Lau干涉仪.理论分析采用了模糊函数方法.最后给出了实验.     

光栅干涉仪测量大偏差

光栅干涉仪测量大偏差包括有相位衍射光栅的干涉仪将光学精度引向高斜率的平面度测试。光栅将单光源输出分成两束光，在测试中又将两束光合并在一起。反射光产生的干涉图与具有实际光源尺寸１０倍波长的光源所产生的图形相同，从而提出系统“等效波长”概念。光栅干涉仪的...     

基于小孔点衍射的超精面形瞬态干涉测量技术

为解决时域相移小孔点衍射干涉仪中移相依赖昂贵压电陶瓷相移器,且长时间采集易受环境干扰影响的问题,提出一种基于偏振同步相移的小孔点衍射瞬态干涉检测方法.构建反射式结构的小孔点衍射干涉测量光路得到两束正交的圆偏振光,利用棋盘位相光栅分光与偏振片阵列移相,在CCD上同时获得4幅不同相移量的干涉图像,对单次采集的4幅瞬时干涉图...     

衍射相关和Lau干涉

本文用离轴傅里叶变换系统的模型和菲涅耳衍射理论分析了衍射受限下的离焦相关器的系统特性,证明是第一模板和第二模板衍射像之间的强度相关积分。推导了衍射相关器作为测量相位物体的干涉仪的一般理论,这时要求编码板函数能衍射自成像并且相关函数为周期性函数。讨论了平行光栅作为编码板时的干涉仪的横向剪切干涉特性,给出了实验结果。本文还证明了衍射相关器是推广到任何平面物体在任何观察距离上的Lau效应装置。衍射相关干涉仪产生Lau干涉条纹,并且是直接应用Lau效应的干涉仪。 关键词：     

基于频分复用技术的激光反馈干涉二维动态位移测量

提出了一种基于频分复用技术的激光反馈干涉二维动态位移测量方法。激光器输出的光被分为两路,分别以±1级自准直衍射角入射至反射光栅,并沿原光路返回至腔内产生激光反馈干涉效应。在±1级衍射光路中放置电光晶体对光束相位进行高频调制,利用频分复用技术实现二维动态位移的测量。实验结果表明,所提方法能够重构出物体的二维动态位移,位移分辨率可达10 nm量级。所提方案通过在激光反馈干涉仪中引入衍射光栅,提高了激光反馈干涉测量系统的稳定性和抗环境干扰能力,同时也为使用单光源进行多维度微位移测量提供了新的思路。     

基于频分复用技术的激光反馈干涉二维动态位移测量

提出了一种基于频分复用技术的激光反馈干涉二维动态位移测量方法。激光器输出的光被分为两路,分别以±1级自准直衍射角入射至反射光栅,并沿原光路返回至腔内产生激光反馈干涉效应。在±1级衍射光路中放置电光晶体对光束相位进行高频调制,利用频分复用技术实现二维动态位移的测量。实验结果表明,所提方法能够重构出物体的二维动态位移,位移分辨率可达10 nm量级。所提方案通过在激光反馈干涉仪中引入衍射光栅,提高了激光反馈干涉测量系统的稳定性和抗环境干扰能力,同时也为使用单光源进行多维度微位移测量提供了新的思路。     

改变写入Bragg波长的干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪

一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中,光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅,有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。     

软X射线双频光栅剪切干涉法研究

本文中设计了一种利用软X射线双频光栅作为剪切干涉元件的剪切系统, 使剪切干涉法在软X射线波段得到了应用. 介绍了软X射线双频光栅的结构及衍射特性, 在同步辐射光束线对双频光栅的效率分布进行了测试实验, 两个剪切级次的效率比值高于75%, 干扰级次效率低于5%. 利用软X射线双频光栅为剪切干涉光学元件, 对待测靶进行了静态检测, 得到了对比度高, 稳定的干涉条纹, 验证了该方法在软X射线等离子体密度诊断中的可行性. 关键词： 双频光栅 剪切干涉仪 软X射线 等离子体诊断     

Absolute interferometer for three-dimensional profile measurement of rough surfaces

We present a new interferometer system devised for surface-profile metrology with multiple two-point-diffraction sources that are made from a pair of single-mode optical fibers. The diffraction interferometer system performs an absolute profile measurement by projecting multiple fringe patterns on the object surface and then fitting the measured phase data into a global model of multilateration. Test measurement results demonstrate that the proposed profiling method is suited for rough surfaces with excessive surface irregularities, which are difficult to measure with conventional two-arm interferometers.     

A compact, robust and versatile moiré interferometer

A moiré interferometer was designed and constructed based on a general system design using a reflective crossed-line diffraction grating to produce the four beams of light necessary for moiré interferometry. The design concept, basic design and tuning procedures are discussed. The important features of the interferometer, i.e. compactness, versatility, polarization insensitivity, relaxed collimation requirements, low laser power and remote optics, are addressed. Several such interferometers have been constructed and successfully applied to engineering problems. These include examining the displacement fields surrounding drilled and preformed holes in composite laminates loaded in tension, and the evaluation of nonhomogeneous behavior in textile composites.     

一种基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统

介绍了一个基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统。系统包括两个干涉仪:采用半导体激光器作为光源的定位干涉仪和测量位移的外差干涉仪。介绍了光源的选择,系统的设计以及信号的采集和处理方案。采用这套绝对测量系统,可以实现长度为2m以内的绝对距离测量,定位精度可以达到±0.5μm。     

Physical limitations of measurement accuracy of the diffraction reference wave interferometers

An analysis of principal factors limiting the measurement accuracy of diffraction reference wave interferometers is carried out. The latest data on the measurement accuracy achieved with an interferometer based on tipped fiber reference wave source and developed at the IPM are given.     

All-reflective Michelson, Sagnac, and Fabry-Perot interferometers based on grating beam splitters

All-reflective Michelson, Sagnac, and Fabry-Perot interferometers based on grating beam splitters are experimentally demonstrated at a wavelength of 1064 nm. A 1200-groove/mm grating diffracting 0 and -1 orders with an efficiency of 48.2% for each order was used as a near-50/50 beam splitter. The all-reflective Sagnac and Michelson interferometers were formed by reintroducing both of the diffracted beams back to the grating. The Fabry-Perot interferometer was formed in a Littrow configuration by using a 1700-groove/mm grating with a blazing efficiency of 91% as a cavity coupler. These interferometers encompass all the fundamental configurations of all-reflective laser interferometric gravitational-wave detectors, promising improved wave-front quality by avoiding volume thermal effects in transmissive optics under high-power laser illumination.     

Diffraction grating interferometers for mechanical characterisations of advanced fabric laminates

It is demonstrated that two grating interferometers with high spatial resolutions can successfully be applied for the mechanical characterisation of the advanced fabric composite materials. Based on these two techniques, the mechanical properties of two kinds of fabric laminates are obtained without assumption of uniform strain fields to be used in the characterisation approaches using the local strain sensors. The degree of the yarn crimp effects of the two laminates is compared in terms of the out-of-plane displacement derivatives. Especially, it is shown that the grating shearing interferometer is appropriate for the crimped fabric structure requiring a three-dimensional analysis. The modification from moiré interferometer to grating shearing interferometer is performed by introducing a Michelson interferometer modified for image shearing.     

菲索干涉仪中精确移相的实现

为了实现移相式菲索干涉仪对光学元件面形的高精度测量,建立了干涉仪同步采集移相系统,并对精确移相方法进行了研究。介绍了移相系统的构成和工作原理,计算了测量过程中移相器的速度。针对PZT移相器在移相过程中会引入离焦误差,并存在加速段和减速段的问题,详细设计了移相器的行进过程。最后,对移相器的性能进行了标定。在改造后的干涉仪上开展了重复性验证实验,结果表明：干涉仪可以获得λ/11 340的RMS测量重复性。对改造后干涉仪与Zygo公司生产的Verifire XP/D干涉仪的测量精度做了比对实验,结果显示：相同元件下两者测量结果的面形RMS之差约为0.9 nm,表明提出的移相系统及移相方法在重复性和准确度方面都能满足纳米级面形测量的要求,为研制高精度移相干涉仪奠定了基础。