一种精确测量光学球面曲率半径的方法

在简要总结各种检测光学球面曲率半径方法优缺点的基础上,提出了利用激光跟踪仪和激光干涉仪测量光学球面曲率半径的新方法。首先,通过激光跟踪仪精确定位测量干涉仪出射球面波前的焦点和待测球面镜的曲率中心点坐标,再调整待测球面镜与干涉仪的相对位置,使待测球面镜达到零条纹干涉状态,用激光跟踪仪测定此时待测球面镜上多点的位置坐标,通过计算分析即可得到待测球面镜的曲率半径。研究和分析了这种测量光学球面曲率半径方法的基本原理,并提出了针对凸球面镜曲率半径的多区域测定平均综合优化的方法。结合实例对一口径为400mm的球面透镜进行了曲率半径的测量,测量得到其两面曲率半径分别为1022.283mm(凸面)和4069.568mm(凹面),并将该透镜进行了轮廓法测量对比,其相对误差都小于0.05%。     

激光干涉仪应用于无导轨测距的研究

本文提出了一种使用外差激光干涉仪实现无导轨测距的方法.该方法动态跟踪测量反射镜,使测量信号不中断,实现反射镜在一定范围内的非直线运动.这样,拥有双频激光干涉仪的用户,再添置一台比较简单的跟踪装置,即可用于无导轨测距,测量精度可远高于通用测距仪,为大型设备现场组装和安装提供了新方法.本文介绍了工作原理及实验情况.     

激光跟踪虚拟坐标测量系统与自标定方法的实验研究

激光跟踪虚拟坐标测量系统满足了工业领域大型工件和空间形位测量所提出的要求。这些要求包括 :高精度、无导轨测量、动态实时跟踪测量、全姿态测量等。在实验室建立了基于角度 距离法的激光跟踪测量系统和基于纯距离法的多站跟踪测量系统 ,分别在三坐标测量机、光学平台光栅位移系统下进行了实际跟踪测量和精度比对实验。并运用虚拟坐标自标定算法在虚拟坐标系下确定了初始点位置、目标点坐标及各点间距离。最后 ,对两种方法的特点进行了分析比较     

纯距离法激光跟踪坐标测量系统的布局与仿真

一般激光跟踪测量系统通过测量距离变化量和跟踪镜转角来确定目标的位置坐标。而纯距离法激光跟踪测量系统只测量距离和距离变化量 ,而不用测量角度量 ,即可进行坐标测量 ,因此可得到较高的测量精度。其系统几何参数可以不借助外界实物标准尺进行自标定 ,并建立虚拟坐标测量参考系。多站测量系统的布局、测量点选择、计算的收敛性与误差等必须进行分析。从激光跟踪测量系统自标定的数学模型出发 ,分析其方程组的雅可比矩阵 ,推导出在自标定时测量系统中各站点和测量点的布局限制 ,并用计算机进行了仿真验证。     

运动目标空间位置坐标激光跟踪测量的数学模型

运动目标空间位置激光跟踪测量是国际计量测试领域的前沿课题，该测量系统集激光干涉测距、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体，对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。它的测量范围为１～５ｍ，测量精度为５０μｍ／ｍ。它的测量原理主要是干涉法和三角法。在干涉法中，根据跟踪测量机构数量的多少又可分为一站法和多站法。一站法采用球坐标测量法，多站法通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中对各种测量方法的数学理论模型进行了较为详细地论述。     

三维形貌柔性测量系统标定方法及验证

为了避免机器人模型误差对三维形貌柔性测量系统手眼标定的影响,对手眼关系的标定方法进行了研究。提出了一种融合特征点拟合的手眼标定方法。将三维形貌扫描仪安装在工业机器人末端搭建三维形貌柔性测量系统。标定时,首先利用激光跟踪仪对工业机器人末端法兰盘坐标系进行测量,得到两者转换关系;然后,利用三维形貌扫描仪和激光跟踪仪对空间固定的特征点组进行测量,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法求解两者转换关系即可间接地求解出手眼关系。基于ATOS三维扫描仪、安川HP20D机器人和API公司生产的激光跟踪仪进行了手眼标定实验,并进行了精度验证。结果表明:标定后的三维形貌柔性测量系统,其重复性测量精度(3σ)不超过0.1 mm,长度测量精度的均方根误差在0.2 mm以内,点云拼接精度优于±0.7 mm。该方法有效避免了传统手眼标定过程中会引入机器人模型误差的问题,在求解手眼关系解时采用了线性的解法,并且适用于三维形貌柔性测量系统。     

激光对电视成像跟踪系统的软杀伤效应研究

分析了电视成像跟踪系统的组成原理,在开展脉冲激光干扰CCD的实验基础上,进行了激光对电视成像跟踪系统的软杀伤实验与理论分析。实验指出,激光对电视成像跟踪系统的软杀伤主要是对CCD光电探测系统的软杀伤,软杀伤效果如何与激光成像是否位于跟踪系统的波门之内有很大关系。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

 采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系，用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置；而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系，用来安装定位本系统内的各个元件；对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时，先在每块磁铁上焊接8个测量基准；然后对磁铁上的基准进行测量，以确定其在元件坐标系中的位置；再架设激光跟踪仪，测量主环控制网点，恢复主环局部坐标系，根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标，计算出相关的变换参数；转入元件坐标系，采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差，其精度达到0.15 mm。     

冷却储存环主环磁铁的准直测量

采用激光跟踪仪及配套带软件Insight对兰州重离子加速器冷却储存环主环磁铁进行了安装和准直。首先建立全局坐标系，用来确定从源体到实验环各子系统的理论原点的位置；而各个子系统又分别以各自的理论原点为基础建立局部坐标系，用来安装定位本系统内的各个元件；对各个子系统中的每一个元件还采用了元件坐标系。准直测量时，先在每块磁铁上焊接8个测量基准；然后对磁铁上的基准进行测量，以确定其在元件坐标系中的位置；再架设激光跟踪仪，测量主环控制网点，恢复主环局部坐标系，根据元件在主环局部坐标系中的位置及理论坐标，计算出相关的变换参数；转入元件坐标系，采用激光跟踪仪及Insight 软件显示实时测量坐标及其与理论值之差，其精度达到0.15 mm。     

用于微位移测量的笔束激光干涉仪

介绍了一种基于空间干涉原理的亚微米零差干涉位移测量方法。该方法是对笔束激光干涉仪在微位移测量领域的应用 ,干涉仪的测量精度不受光束波前畸变等光源噪声的影响。给出了干涉仪主要结构参数的选取原则 ;构建了用于微位移测量的笔束激光干涉仪实验系统。实验结果表明 ,该系统具有纳米测量分辨率。     

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     

Strong reduction of the degree of spatial coherence of a laser beam propagating through a preformed plasma

A strong reduction of the spatial coherence of a laser beam after its propagation through a plasma has been measured using a Fresnel biprism interferometer. The laser beam was diffraction limited; the coherence width was reduced from 40 mm in vacuum down to a few mm with the plasma. Numerical results based on a paraxial model exhibit a coherence degree close to the experimental one; they also prove the importance of taking into account the nonlocal transport effects in numerical simulations for such plasma conditions.     

空域移相偏振点衍射波前检测技术

点衍射干涉仪结构简单、共光路、测量精度高, 空域移相干涉仪抗振性能优越, 两者在波前检测领域获得了广泛的应用. 本文采用激光打孔技术, 通过在金属纳米线栅偏振片上制备小孔, 制作了偏振点衍射板; 结合分光结构的空域移相技术, 搭建了空域移相偏振点衍射干涉仪, 并对一焦距为550 mm, F_#10的平行光管准直物镜透射波前进行测量, 与法国Phasics公司生产的商业化波前传感器SID4的测量结果相比较, 两者峰谷值相差0.09λ, 均方根值相差0.012λ ; 利用35项Zernike多项式拟合两者的测量结果, 将拟合得到的系数在同一坐标轴下绘制成两条曲线, 两者基本重合, 从而验证了所搭建的空域移相偏振点衍射波前检测装置的测试精度. 从而在传统点衍射干涉仪的基础上引入了空域移相技术, 实现了波前的高分辨率、高精度、实时检测, 并且提高了对振动、气流等环境因素的抗干扰能力.     

High-speed scanning fiber-optic heterodyne interferometer using a micro-electro-mechanical system mirror and an f-theta lens

This paper describes a novel fiber-coupled heterodyne interferometer using a micro-electro-mechanical system (MEMS) mirror and an f-theta lens. In this interferometer system, the cross-polarized laser beams operating at 2 μm with the frequency difference of 100 kHz are introduced by means of the two acousto-optic modulators (AOM). The sample with diameter of 300 mm is uniformly scanned by the 1 mm laser beam with the help of the combined optical scanning configuration, a MEMS mirror and an f-theta lens. The output intermediate signal from the two channels, reference channel and the measurement channel, are processed in the 12 bit analog-to-digital (A/D) process system. Details of our interferometer scheme are discussed.     

计算电容中Fabry-Perot干涉仪测量位移的相位修正方法

计算电容是复现电学阻抗单位的基准装置, 利用计算电容值和量子霍尔电阻值可以准确计算出精细结构常数α. 计算电容的本质是通过高准确度地测量屏蔽电极的位移, 实现对电容量值的测量. 因此, 基于Fabry-Perot干涉仪的精密电极位移测量系统是计算电容装置中最为核心和关键的部分. 在Fabry-Perot干涉仪测位移过程中, 由于高斯激光束存在轴向Gouy相位, 该附加相位将会引起相邻干涉条纹对应位移的变化(大于或者小于λ/2), 导致位移的测量值与实际值存在偏差. 本文阐述了高斯激光场的传播特性, 利用高斯激光束在自由空间和透过薄透镜复振幅的变换关系, 建立了计算电容装置中Fabry-Perot干涉仪透射光束的传输模型; 通过对不同腔长的Fabry-Perot干涉仪透射光场相位的分析, 获得了高斯激光束轴向Gouy相位修正与传输距离的关系. 结果表明, 当腔长从111.3 mm移动至316.3 mm时, 在接收距离为560 mm的情况下, 高斯光束轴向Gouy 相位引起的位移修正的绝对值最小为0.7 nm, 其相对相位修正量|δL|/|ΔL| = 3.4×10^-9.     

13.9nm软X射线激光用大面积多层膜分束镜研制

 基于分束镜反射率和透射率的乘积为衡量标准的原则,设计了13.9nm软X射线激光干涉测量所需的多层膜分束镜，用磁控溅射法在有效面积达10mm×10mm，厚100nm的氮化硅窗口上镀制Mo/Si多层膜,实现了分束镜制作。用表面轮廓仪实测分束镜面形精度达到nm量级，同步辐射反射率计测试表明,分束镜的反射率和透射率乘积约4%。     

激光多普勒超低速测量

报道激光多普勒超低速测量系统及实验结果，其光学系统为四光路双焦点外差多普勒测速系统，信号处理系统为动态模拟相位计，可测速度范围为１ｎｍ／ｓ到３００ｍｍ／ｓ。     

Design and experimental verification of novel six-degree-of freedom geometric error measurement system for linear stage

In this study, a novel and simple measurement system for simultaneously measuring the geometric errors in six-degree-of-freedom (6-DOF) for a moving linear stage of a machine tool is designed and validated. Compared to laser interferometer and laser Doppler systems, this new measurement system is less expensive and capable of multiple functions. The proposed measurement system comprises an optics module, composed of two reflectors and two cubic beam splitters; a sensing module, composed of three two-dimensional position sensitive detectors (PSDs); and a helium-neon (He-Ne) laser. Using skew-ray tracing and a first-order Taylor series expansion, the 6-DOF geometric errors of the moving linear stage, which include translation and rotation errors, are analyzed. A laboratory prototype system is built to verify the effectiveness and accuracy of the proposed measurement system. The experimental results show that the displacement uncertainty and the angular uncertainty of the proposed measurement system are less than 1.2 µm and 0.4″, respectively. Compared with the Renishaw laser interferometer XL-80 laser system, the translational accuracy and the rotational accuracy of the proposed measurement system are less than ±1 µm and ±0.2″, respectively, when the linear stage travels 6 mm.     

激光干涉测速技术在内弹道弹丸速度测量中的应用研究

 利用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统以及全光纤位移干涉仪（FDI）,测量了线膛炮弹丸速度,获得了线膛炮弹丸在0~491 μs内从零加速到140 m/s的速度历史,弹丸运动了20.7 mm,出炮口时的弹丸速度为817 m/s。实验结果表明,影响激光干涉测速技术在内弹道测量中应用的主要因素是炮口烟。研究结果对于深入探索激光干涉测速技术在内弹道测量中的应用有重要的参考意义。     

Collimation testing of a CO2 laser beam with a shearing interferometer

A shearing interferometer based on a Michelson interferometer is proposed for collimation testing of a CO₂ laser beam. The shear and tilt between the interfering wavefronts is obtained by replacing one or both mirrors of the Michelson interferometer with double mirrors arranged to act as 90 ° or near 90 ° prisms in retroreflecting mode. Detailed analysis for two experimental configurations of this system are presented.