基于光纤色散相位补偿的高分辨率激光频率扫描干涉测量研究

为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量, 增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键. 采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法. 本研究发现随着扫频带宽和测量范围的增加, 光纤辅助干涉仪与测量光路中存在的色散失配导致频谱出现严重展宽, 极大的降低了测量的分辨率. 本文建立了辅助干涉仪和测量干涉仪色散失配影响的理论模型, 利用该模型分析了扫频带宽和测量范围与测量分辨率的变化关系, 与实验结果相一致, 并进而提出了基于峰值演化消畸变的色散相位补偿方法, 有效地提高了测量的分辨率, 在2.53 m 处实现了接近理论值的64.5 μm的测量分辨率. 该色散失配模型及补偿方法为提高大尺寸激光频率扫描干涉仪的测量分辨率及测距范围提供了参考.     

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。     

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。     

干涉测量的误差分析与并联机床的准确度测量

对雷尼绍激光干涉仪的线性测量原理进行了详细探讨,分析了干涉仪在线性测量中的主要影响因素和误差诱因;作出了线性测量的准直误差特性曲线和阿贝误差特性曲面,并利用最小二乘法拟合得到了干涉仪准直测量误差的数学模型和沿u、v方向离散的阿贝误差特性曲线方程;给出了一种建立误差数学模型的方法.采用激光干涉仪检测了并联数控机床直线轴的运动准确度,并提出了一种适合于并联机床直线轴定位准确度测量的干涉测量方法.     

大范围高分辨率法-珀干涉仪

法 珀干涉仪有较高的分辨率 ,但是由于受到激光器模间隔的限制 ,测量范围较小。介绍了使用换模锁定法对其进行扩展 ,实现了具有较大测量范围及纳米分辨率和测量精度的法 珀干涉仪 ,扩展了法 珀干涉仪的测量范围     

自组建激光干涉仪测量平行板楔角

在光学实验平台上组建激光干涉仪,给出了测量微小楔角的原理和测量方法,导出了测量公式并进行了实际测量.     

基于法布里-珀罗干涉仪的激光谱线特性测量研究

法布里-珀罗干涉仪(简称F-P干涉仪)是具有高光谱分辨能力的光学测量仪器.通过分析F-P干涉仪的干涉图样,能够测量光谱学中的超精细结构,因此在精密光学测量领域中具有重要的研究意义.本文从F-P干涉仪的基本特性出发,介绍干涉仪的基本结构,着重阐述了基于F-P干涉仪的激光谱线特性测量方法,以期为教学与科研提供参考.     

光学纳米测量方法及发展趋势

综述了光学方法中以频率跟踪方法、外差干涉仪、调频干涉仪、偏振干涉仪和光学光栅为代表的光学纳米测量方法。分析了它们的发展状况以及各自特点,指出建立适合于纳米测量的纳米环境是目前亟待解决的关键性问题,给出了光学纳米测量方法的发展方向和在设计测量系统时应该注意的问题     

光学干涉仪测量极限的本科实验教学演示研究

光学干涉仪是广泛应用于量子精密测量的一种重要的光学仪器,然而由电磁场真空涨落引起的光量子噪声,限制了光学干涉仪的测量精度。为了获得更高的测量精度,测量并分析光学干涉仪的性能成为必然,其中信噪比和最小可探测值是目前最常用的分析光学干涉仪性能的主要参数。然而,在目前本科实验教学中,光学干涉仪通常被用于观察光干涉原理,缺乏对光学干涉仪性能分析的实验演示,因此本文利用Mach-Zehnder干涉仪,测量相位调制器引起的相位差变化,实现光干涉原理验证的同时,重点演示了光学干涉仪信噪比和最小可探测值的测量方法。通过本实验,本科生一方面可以直观地掌握光学干涉仪性能参数的测量方法,另一方面掌握提高测量精度的实验技术手段,为量子精密测量技术的进一步发展提供人才储备。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

基于线性与非线性干涉仪的量子精密测量研究进展

量子精密测量根据量子力学的基本原理,利用光、原子、磁之间的相互作用对待测物理量进行测量.随着实验条件和技术的成熟,如何利用干涉仪进一步提高位相信号这一物理量的测量精度从而打破散粒噪声的限制、突破标准量子极限并逼近海森伯极限成为研究的前沿课题.本文阐述了利用线性干涉仪(包括原子/光子干涉仪)与非线性干涉仪调用不同阶段的量子资源在测量过程中提高参数评估精度的几种方法,通过向干涉仪中输入非经典态来实现高精度测量,如压缩态、双数态、NOON态等,还介绍了为直接观测量子态而发展出的弱测量及其在非厄米系统中的应用和为消除参数之间精度制衡而提出的多参数测量.最后,对几种测量方法进行了分析比较,并展望了量子精密测量的发展前景.     

一种新型差分平面镜干涉仪

针对传统差分平面镜干涉仪结构复杂、需要光学部件多从而导致系统调试困难、测量信噪比低等缺点,提出了一种结构简单需要光学部件少的新型差分平面镜干涉仪系统。此干涉仪能够产生对称的空间四光路,对环境因素(湿度、温度及大气压)的变化有很好的抗干扰能力,测量分辨率高。如果附加其他光学元件,可轻易实现对偏摆角、微滚转角、直线度等几何量的测量。静态状态下,其位移漂移小于1nm,而同等条件下传统迈克耳孙干涉仪漂移大于10nm。基于此系统的精密角度测量干涉仪,使用电子细分为2π/516的相位计,可以得到0.024μrad的测量分辨率。     

具有纳米级分辨率的超精密定位工作台

柔性铰链精密定位工作台具有直接传动、无摩擦、结构紧凑、重量轻、刚度好及分辨率高等优点。设计了一种具有较大传动比的定位工作台 ,介绍了其系统结构和工作原理 ,并对刚度性能作了分析。利用双频激光干涉仪对压电陶瓷驱动下的工作台特性进行了测量。结果表明 ,该工作台具有纳米级的分辨率和定位精度。     

干涉测距仪中光纤的特性分析

提出一种由定位干涉仪和测量干涉仪组成的光纤干涉绝对距离测量方法 ,将对光程的定位过程和对距离的测量过程分别进行 ,实现对大距离的高精度绝对测量 ,同时在测量系统中引入光纤和光纤干涉仪 ,以改善系统结构和性能。详细分析了光纤损耗特性、色散特性和偏振特性对测量系统的影响 ,并特别给出了有关色散特性影响的量化分析结果。分析表明色散特性对于系统的测量范围有较大的影响     

相位调制激光多普勒频移测量方法的改进

本文对现有相位调制激光多普勒频移测量方法进行了改进,通过定义新的鉴频参量来同时利用相位调制信号直流和交流分量中的有用信息进行多普勒频移测量.由于相位调制信号直流分量中包含着调制信号光的Fabry-Perot干涉仪光强透过率,所以这一改进本质上是将基于Fabry-Perot干涉仪的边缘技术激光多普勒频移测量方法的优势引入到相位调制测量方法中,以提高其自身的性能.理论上证明改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法无需对信号光的光强进行测量,所以可以进一步简化探测系统的结构和较少噪声混入的通道.另外,通过对改进前后鉴频和测量灵敏度曲线进行对比,还证明了其具有更高的测量灵敏度和动态范围.实验上对硬目标反射的频移可控信号光进行测量,不但证明了理论的正确性,而且证明了改进后的相位调制激光多普勒频移测量方法,测量动态范围提高约1倍,测量标准偏差降低约35%.     

压电陶瓷压电特性的激光调制法测量研究

介绍可测量压电陶瓷压电特性的激光干涉调制测量方法.采用相干检测原理对信号进行提取,不仅可以抑制噪声对干涉信号的影响,而且还可以大大降低光电探测器和电路的1/f噪声.与通常干涉仪测量方法相比,这种方法具有测量灵敏度高等优点.利用该方法对压电陶瓷压电特性进行了测量,讨论了激励电压信号的频率、幅度对压电陶瓷压电常数d₃₁的影响,并对其压电迟滞曲线进行了测量.     

低速/微振动测量实验中的激光多普勒频移计算机测量方法

基于实验教学使用的迈克耳孙干涉仪开发出的低速/微振动测量实验系统,给出了一种激光多普勒频移的计算机自动测量方法,并通过大量的比较实验数据,验证了激光多普勒频移计算机自动测量方法的有效性.     

测量微观不平度的90°相移激光干涉仪

叙述了测量微观不平度的90°相移激光干涉仪的原理和构成。对这种新型干涉仪的性能及有关问题作了讨论。测量结果的计算和样品扫描的控制，由个人计算机完成。垂直分辨率达1um，横向分辨率达10μm。实验结果证明了系统的稳定性。     

基于二维光学点阵形变的面形测量

反射镜是光学仪器的核心元件,其面形的精密测量一直是研究领域的重要内容。利用光场调控产生大小灵活可变的空间周期性分布的光学点阵,并提出了一种基于二维光学点阵形变实现面形快速测量的方法。结合几何光学和空间三维变换理论,建立了二维光学点阵几何形变量与反射镜三维面形的数学关联模型,并提出了基于点阵质心的面形重构算法,研究分析了测量方法的测量范围和单像素点分辨率,并对反射镜进行了多倾角的实验测试,实现了对直径为10.5mm的反射镜的亚微米级的测量。通过将测试数据与商用干涉仪的测量数据进行比较,验证了所提方法的可行性。该方法具有测量精度高、速度快和适应强等特点。     

全自动在线六维纳米测量系统

介绍了一种用于在线检测纳米定位平台的全自动六维纳米测量系统。提出了整波长干涉测量方法,可以避免激光干涉仪的非线性影响,使系统能够得到准确校准,达到纳米级精度。该测量系统可以测定6个自由度,三维直线运动测量范围为100μm×100μm×100μm,分辨率能够达到1nm以下。