刻线误差与面型误差对平面光栅光谱性能影响的二维快速傅里叶变换分析方法

光栅刻线误差与基底面型误差影响平面光栅衍射波前、分辨本领、鬼线、卫线及杂散光等光谱性能,研究光栅性能指标与光栅刻线误差及基底加工误差之间的因果关系,对提高光栅质量极为重要。根据光栅衍射中产生的源于刻线误差与面型误差的光程差,推导出了在光栅锥面衍射情况下的光栅刻线误差、基底面型误差、入射角θ、衍射级次m与衍射波前关系的数学表达式,得到构建非理想光栅衍射波前的理论模型。以理论模型为依据,采用干涉仪测量光栅对称级次衍射波前,实现在测量结果中对光栅刻线误差与基底面型误差的分离,并基于二维快速傅里叶变换分析光栅衍射波前,考察了刻线误差与面型误差对光栅性能指标的影响。借助此方法通过重构的光栅衍射波前,分析光栅分辨本领、鬼线等光谱性能,还可以反演光栅全表面刻线误差与面型误差的大小,为光栅基底加工、光栅制造和使用技术提供理论依据。     

长刻线机误差控制

本文阐述了采用长刻线机修正尺倾斜安装的方法进行误差控制。文中列出了修正尺倾斜的误差计算方法，列举了某台机床的实测误差和经倾斜安装后的０～２００ｍｍ的误差情况。提出了该方法的应用场合。     

平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法

刻线密度准确与否直接影响光栅色散及给定波长的衍射方向,进而影响光谱仪器结构设计.为了提高全息光栅刻线密度的制作精度,提出了平面全息光栅刻线密度的倍频式调整方法.将给定刻线密度的基准光栅放在干涉场曝光区域内,调节光束干涉角,干涉场曝光光束经基准光栅衍射后,根据调整光栅刻线密度的不同选择不同的衍射级次相互叠加形成莫尔条纹,...     

中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计

采用DEFORM有限元分析软件模拟中阶梯光栅刻划刀具在光栅刻划过程中的应力分布,并结合金刚石晶体解理特征设计了抗磨损刀具刃口取向。当光栅刻划刀具刃尖点受最大摩擦力方向平行于金刚石晶体周期键连（PBC）方向,且刀具Z向载荷垂直于（111）晶面时,定向面与（111）晶面夹角为27°,非定向面与（111）晶面夹角为63°;光栅刻划刀具在72 g负载条件下,刻程超过17 km时,刀具刃口无崩口等缺陷。采用该方法设计的光栅刻划刀具使用寿命大大超出了传统刀具的使用寿命（刻程约0.8 km）,证明了中阶梯光栅刻划刀具抗磨损设计方法的合理性和有效性。     

制作高密度衍射光栅的光电式刻划控制的研究

高精度的光电式刻划控制系统是制作高密度母光栅的关键技术,以光栅干涉仪为控制核心,设计了光电式的光栅刻划控制系统,并对可能产生的加工误差进行了初步的分析;采用该控制系统的光栅刻划实践表明,所设计的光电式刻划控制系统已完全达到了高密度衍射光栅的亚微米栅距分度要求。     

机械刻划光栅的光线追迹方法

为了评价光栅的光谱质量,完成所设计光栅的光线追迹,针对机械刻划光栅的光线追迹提出了一种改进方法.在费马原理的基础上利用光程函数法得到入射光通过光栅后的光谱分布情况,再使用传输矩阵的计算方法构造出光谱的点列图.该方法适用于刻划在平面、球面和非球面基坯上的等间距和变间距光栅,光栅的光谱面可以为平面或者二次曲面. 通过刻划在非球面基坯上的凹面光栅验证了光线追迹方法的可靠性.     

在线诊断光谱仪用光栅制作误差对光谱成像的影响及补偿

为制作应用于在线诊断光谱仪的高分辨率光栅,通过分析记录参数误差对光栅刻线密度、聚焦曲线、谱像宽度等的影响及规律,提出相应的补偿方法是必要前提。基于费马原理、光程差理论及像差理论,分析了光栅光谱性能对记录参数误差的影响及其敏感性。在光栅使用参数固定的情况下,记录角度误差对光谱性能影响较大,在光栅设计时可通过对记录角度加权的方法来提高记录角度的取值的精确度;记录臂长误差对光谱性能影响较小;记录臂长和记录角度的相对误差决定了其对光栅光谱性能影响程度。结果表明,单侧记录臂长和角度误差对光谱性能的影响,可分别通过调节两臂臂长及角度的相对误差进行补偿。由此可以确定对应用于在线监测光谱仪光栅成像质量影响较大的误差因素,并给出制作误差的相应补偿方法,降低曝光系统的调试难度,为制作在线诊断光谱仪用高分辨率光栅提供理论指导。     

罗兰光栅在光谱仪中对接收能量的影响分析

罗兰光栅作为罗兰光栅光谱仪的核心分光元件对整个仪器至关重要,罗兰光栅在制造和使用过程中主要存在刻线误差、光栅的曲率半径误差和定位误差。采用光线追迹的办法分析罗兰光栅的各种误差对罗兰光栅光谱仪接收能量的影响。结果表明:曲率半径误差对Ⅳ型罗兰光栅光谱仪影响较小,刻线误差必须控制在-0.2~0.15l/mm刻线以内,x方向定位误差严格控制在-0.055~0.025mm之间,y方向定位误差控制在-0.03~0.015mm之间,罗兰光栅光谱仪对光栅绕z轴旋转误差最为敏感,控制在10-3度量级。通过对罗兰光栅误差的分析,为罗兰光栅光谱仪的高效利用和研制奠定了基础。     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

基于弯曲伸张结构的光纤光栅传感研究

以民用工程结构如桥梁、大坝、高层建筑的健康检测为背景, 采用光纤光栅传感器实现对结构性能的实时监测和诊断, 及时发现结构的损伤以评估结构的安全性. 提出了一种可用于光纤光栅传感的新型弯曲伸张弹性敏感结构, 可实现对压力、应变以及加速度的准确测量. 对该结构弯梁腹部处的应变进行了理论分析和实验验证, 结果表明弯梁腹部处各点的应变与该弯曲伸张结构在竖直方向上所受压力、应变以及加速度大小成线性关系. 其最大的优点是同样灵敏度下体积小, 在井下等横向尺寸受限、又要测量纵向加速度的情况下, 梁式传感结构很可能无法使用, 该新型弯曲伸张型弹性敏感结构可作为弹性元件用于光纤光栅压力、应变、称重以及加速度传感器的设计.     

基于槽形函数拟合的刻划光栅衍射特性分析方法

作为对光栅刻划工艺的理论指导，提出了一种基于槽形函数拟合的机械刻划光栅衍射特性分析方法，解决了高刻线密度光栅衍射效率测量值与理论值偏差较大的问题.以刻线密度为1200l/mm的紫外光栅为例，对光栅主截面上的实际槽形纵横坐标扫描取值，进而拟合出槽形函数，经理论计算找到了导致衍射效率偏低的原因，并通过改进工艺，使光栅衍射效率提高了约20%. 关键词： 刻划光栅 槽形函数拟合 衍射特性 分析方法     

压电驱动器布置对光栅拼接误差的影响

分析了两种光栅拼接调整机构（三角形和L形）,利用有限元分析软件对这两种光栅调整机构进行了模态分析和优化分析设计。相同光栅尺寸下（以口径为450 mm420 mm60 mm光栅为例）,驱动器三角形分布的固有频率与L形分布的固有频率相差无几,一阶频率分别为58.816 Hz和58.864 Hz。对两种驱动器布置方式引入的误差进行了分析比较,计算结果表明:三角形调整机构的最大误差比L形的大,同时三角形分布控制算法较L形的复杂。在主动控制中三角形模型误差迭代次数多,不利于控制。因此L形的压电驱动器布置方式优于三角形。     

Reducing the line curvature error of mechanically ruled gratings by interferometric control

Line curvature error greatly influences the quality of the diffraction wave fronts of machine-ruling gratings. To reduce the line curvature error, we propose a correction method that uses interferometric control. This method uses diffraction wave fronts of symmetrical orders to compute the mean line curvature error of the ruled grating, taking the mean line curvature error as the system line curvature error. To minimize the line curvature error of the grating, a dual-frequency laser interferometer is used as a real-time position feedback for the grating ruling stage, along with using a piezoelectric actuator to adjust the stage positioning to compensate the line curvature error. Our experiments show that the proposed method effectively reduced the peak-to-valley value of the line curvature error, improving the quality of the grating diffraction wave front.     

光纤光栅传感信号解调技术研究进展

光纤光栅传感器是一种新型传感器,有着非常广泛的应用前景。限制光纤光栅传感器大量实际应用的主要障碍是传感信号解调,因而,光纤光栅传感信号解调是光纤光栅传感器应用的关键技术之一。本文对现有已报道的光纤光栅传感信号的解调方法进行综述,并归类为:边缘滤波法、匹配滤波法、可调谐滤波法、光源波长可调谐扫描法、射频探测法、光栅啁啾法、CCD分光仪法、干涉法。对各种方法的原理及相关改进方法进行了阐述,并对其优缺点做了比较分析,最后,对光纤光栅传感信号的解调技术发展进行了展望。     

渐变周期弯曲光栅的衍射和成像特性

阐述了渐变周期弯曲光栅的原理,对其衍射特性和成像特性进行了分析,结果表明:渐变周期弯曲光栅具有分束和聚焦的双重作用;其对称衍射级起到焦距相等的正透镜和负透镜的作用;它可把不同景深的的物体聚焦成像于空间分离的同一焦面上.     

光栅光谱仪光谱响应误差校正

针对由器件光谱特性引起的光栅光谱仪测量误差问题,提出了一种误差校正方法,并对该技术中的理论模型、数值提取算法和精度、误差校正精度进行了研究。首先,在深入剖析光栅光谱仪工作原理的基础上,建立了光谱误差校正的理论模型;其次,在研究光栅、探测器、反射镜等核心器件光谱特性曲线典型特征的基础上,提出了器件光谱响应参数提取算法,并对该算法的精度进行了实验研究;最后利用本文所建立的理论模型和数值提取算法对光栅光谱仪测得的溴钨灯光谱进行了校正,并将校正后的结果与溴钨灯标准谱线进行了比较。实验结果表明,本文所提出的数值提取算法的平均误差为0.39%,校正后的光谱曲线与溴钨灯标准光谱曲线一致,说明本文所提出的校正技术能够有效消除器件光谱特性引入的误差。     

拼接式钢带光栅编码器测角误差分析与修正

针对望远镜对高精度测角技术的要求,分析了机械安装偏心、加工椭圆度误差、轴系晃动等对新型拼接式钢带光栅编码器测角的影响,并制定了相位差为90°的4读数头软件细分测角方案。在机械安装偏心为10μm、加工椭圆度为2μm、轴系晃动为0.6″的实验平台上进行了逆时针和顺时针测角实验,两组实验测角误差RMS值分别为0.393″和0.488″。实验表明：该测角方案能消除机械安装偏心、加工椭圆度误差等对测角数据的影响,实现了亚角秒级测角。     

自由曲面透镜误差修正加工控制的算法

自由曲面玻璃透镜的误差修正控制算法是一个新的领域。本文借鉴了在数字图像处理中的一些方法 ,探讨了它的修正算法 ,其中包括傅立叶变换算法、维纳滤波算法和直接算法等 ,并进行了计算机仿真。结果表明 :维纳滤波算法效果较好。最后对在工程实际中应该注意的问题进行了讨论。     

基于线扫方式的静压气浮激光点云数据扫描误差修正方法研究

为了修正静压气浮激光点云数据扫描误差,提出了一种基于不同扫描速度下所采集的点云数据,通过最小二乘法分区间建立误差预测模型实现对相应误差修正的新方法。实验结果表明,静压气浮三维测量仪的测量精度随气浮导轨扫描速度变化在特定范围内基本呈二次曲线变化关系,该误差修正方法能够快速、准确地实现静压气浮激光点云数据扫描误差的修正,具有较大的适用性和实际参考价值。     

Miniature lamellar grating interferometer based on silicon technology

We present a lamellar grating interferometer realized with microelectromechanical system technology. It is used as a time-scanning Fourier-transform spectrometer. The motion is carried out by an electrostatic comb drive actuator fabricated by silicon micromachining, particularly by silicon-on-insulator technology. For the first time to our knowledge, we measure the spectrum of an extended white-light source with a resolution of 1.6 nm at a wavelength of 400 nm and of 5.5 nm at 800 nm. The wavelength accuracy is better than 0.5 nm, and the inspected wavelength range extends from 380 to 1100 nm. The optical path difference maximum is 145 microm. The dimensions of the device are 5 mm x 5 mm.