纳米分辨率外差干涉信号处理电路相位畸变的实验研究

外差干涉是实现纳米精度长度测量的重要手段。采用电子倍频、混频、高频计数的方法可处理外差信号实现亚纳米分辨率,具有电路简单、能计大数的优点,但会引入电子信号的相位畸变,引入测量的动态误差。本文通过理论和实验分析了这一误差,表明在电子倍频中锁相环引起的相位畸变仅在亚纳米量级,但在混频环节中带通滤波器引入的相位畸变则可达几纳米,引入较严重的误差。本文通过采用低频差横向塞曼激光器产生３２０ｋＨｚ的外差信号,并采用ＦＰＧＡ技术实现倍频后的高频率信号直接计数,省略混频环节,从而实现了高测量分辨率并避免了这一误差。     

纳米精度外差干涉仪非线性漂移的研究

在纳米精度外差干涉仪中，由于非线性温度漂移，成为外差干涉仪实现纳米精度测量的重要误差源。本文对差动干涉仪的理论分析得出如下的结论，干涉仪中除了测量光路和参考光路以外，还存在参考光误差分量和测量光误差分量的额外光路，从而引和了干涉混叠，产生非线性漂移：１／４波片的相位延迟量误差和安装是引入非线性漂移的主要因素，其影响程度是一阶的，提高波片对加工精度，并尽量减少其级数可降低非线性漂移。     

用于纳米测量的混合型外差干涉信号处理方法

通过对外差干涉信号同时进行相位检测和锁相倍频计数,可得到存在一定冗余度的一组测量结果,经过一定的逻辑混合;可实观测量分辨率优于０．１ｎｍ,测量范围不受λ／２周期限制,从而克服了以往单一采用相位测量法测量范围限于一个周期和锁相倍频计数法分辨率不易提高的难题。给出了在实际纳米测量干涉仪采用这种外差信号处理方法的测量结果。