基于單頻正交線偏振光的激光波長(zhǎng)測(cè)量方法研究.pdf

1、長(zhǎng)度基準(zhǔn)是保證量值準(zhǔn)確和實(shí)現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)，現(xiàn)行長(zhǎng)度基準(zhǔn)采用光的波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度單位。激光波長(zhǎng)作為幾何測(cè)量的基準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)度、角度、平面度、直線度和垂直度等幾何量的測(cè)量，是精密計(jì)量、精密機(jī)械和微電子工業(yè)領(lǐng)域重要的測(cè)量參數(shù)。因此精確地測(cè)量波長(zhǎng)大小是保證幾何量測(cè)量準(zhǔn)確性和量值溯源的關(guān)鍵。
　　本文提出了一種基于單頻正交線偏振光的激光波長(zhǎng)直接測(cè)量方法，在光路中構(gòu)建了兩套邁克爾遜干涉儀，通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器調(diào)制兩套干涉儀的參考鏡，將對(duì)未知波

2、長(zhǎng)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為干涉條紋信號(hào)整周期計(jì)數(shù)和干涉信號(hào)相位差的測(cè)量。主要研究工作如下:設(shè)計(jì)了基于單頻正交線偏振光的激光波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)，并結(jié)合光路結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量原理進(jìn)行了詳細(xì)分析;設(shè)計(jì)了信號(hào)預(yù)處理電路，用于調(diào)整輸出電壓范圍及改善電路輸出特性;利用級(jí)聯(lián)積分梳狀(Cascaded Integral Comb，CIC)數(shù)字濾波算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從而改善了信號(hào)質(zhì)量;對(duì)造成相位差測(cè)量誤差的原因進(jìn)行了分析并進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了相位差的高精度測(cè)量;給

3、出了整周期計(jì)數(shù)方法及與小數(shù)計(jì)數(shù)整合的方法;利用整周期計(jì)數(shù)模塊對(duì)參考鏡運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行判斷從而實(shí)現(xiàn)了在參考鏡特定的運(yùn)動(dòng)方向上對(duì)相位差進(jìn)行測(cè)量;利用Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行了上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。
　　為驗(yàn)證本文研制的基于單頻正交線偏振光的激光波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的有效性，分別進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn):(1)相位差檢測(cè)及補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，以10°為步長(zhǎng)進(jìn)行相位差檢測(cè)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)償前相位差測(cè)量誤差平均值為2.38°，補(bǔ)償后相位差測(cè)量誤差平均值為0.22°。(2)

4、整周期計(jì)數(shù)值及與小數(shù)計(jì)數(shù)值整合實(shí)驗(yàn)，以5 mm為步長(zhǎng)進(jìn)行了整小數(shù)結(jié)合實(shí)驗(yàn)，整小數(shù)值與理論值差值的絕對(duì)值均小于0.5。(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了相位差連續(xù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，在三十分鐘內(nèi)相位差變化較小，證明系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。(4)測(cè)量鏡運(yùn)動(dòng)不同距離對(duì)波長(zhǎng)測(cè)量精度影響實(shí)驗(yàn)，分別進(jìn)行了測(cè)量鏡運(yùn)動(dòng)100 mm、150 mm、200 mm、250 mm的波長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。波長(zhǎng)測(cè)量不確定度分別為1.38×10-6、9.86×10-7、7.80×10-7、5.36