發(fā)布時間：2019-11-23 17:08

【摘要】：隨著航空航天和船舶工業(yè)的發(fā)展,對于絕對距離測量的要求也越來越高,大型零件的加工與裝配提出了大尺寸、高精度絕對距離測量的實際需求。近年來提出的波長調(diào)制式絕對距離干涉測量方法,是絕對距離測量中的一種重要的方法,在具有大尺寸測量范圍的同時保證了微米級的測量精度,具有廣泛的應用前景,其利用一個已知精確長度的參考腔做基準,使用經(jīng)過波長調(diào)制的半導體激光器產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的激光,通過干涉,獲得與被測絕對距離相關的相位差,從而推算出絕對距離。然而,波長調(diào)制式絕對距離干涉測量系統(tǒng)的測量精度受激光光源頻率穩(wěn)定度、參考腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等因素影響極大,這些影響測量精度的關鍵技術問題亟待解決。本文從波長調(diào)制式絕對距離干涉測量的原理出發(fā),根據(jù)現(xiàn)有設備及測量基礎,分析絕對距離干涉測量誤差模型,針對激光光源頻率穩(wěn)定度低的問題,研究半導體激光器偏振光譜鎖頻技術,并提出穩(wěn)定性測量方法,在此基礎上集成了波長調(diào)制式絕對距離干涉測量系統(tǒng)的參考干涉儀部分。本課題的主要研究內(nèi)容如下:1.針對原子氣室控溫結(jié)構(gòu)不合理,導致信噪比低、激光頻率預鎖定時間長、信號丟失等問題,設計了封閉式兩側(cè)對稱加熱結(jié)構(gòu)。利用反向?qū)ΨQ纏繞的電阻絲對原子氣室進行溫度控制,實現(xiàn)快速而穩(wěn)定地加熱原子氣室,并且解決了原子氣室通光壁面的金屬原子凝結(jié)問題,從而提高了信噪比,有利于半導體激光器鎖頻過程中的反饋調(diào)節(jié)控制;2.針對利用原有的半導體激光器鉀原子飽和吸收方法鎖頻后激光頻率穩(wěn)定度低、頻率值穩(wěn)定單一的問題,設計、搭建了鎖頻效果更優(yōu)的銣原子偏振光譜鎖頻系統(tǒng),不僅提高了半導體激光器的鎖頻精度,而且展寬了原子吸收譜線、解決了現(xiàn)有激光器頻率值穩(wěn)定單一的問題,實現(xiàn)了激光器頻率值的多值鎖定;3.針對現(xiàn)有半導體激光器的激光頻率穩(wěn)定性評價方法精度低的問題,提出了穩(wěn)定性測量方法,利用橢圓擬合修正對系統(tǒng)的非線性誤差進行補償,設計、編寫了相應的穩(wěn)定性測量軟件來進行相位測量以及系統(tǒng)穩(wěn)定性評定,同時,針對參考腔易受環(huán)境干擾導致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題,設計、搭建了具有結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、受環(huán)境振動影響小、長度漂移小等特點的參考腔,作為絕對距離干涉測量的長度基準�；谏鲜鲫P鍵技術研究,本文搭建了外腔半導體激光器偏振光譜頻率鎖定系統(tǒng)與波長調(diào)制式絕對距離干涉測量系統(tǒng)的參考干涉儀,對關鍵技術單元進行了測試,并利用提出的穩(wěn)定性測量方法對激光器的激光頻率穩(wěn)定度進行了分析。實驗結(jié)果表明:本論文提出的穩(wěn)定性測量方法在激光頻率穩(wěn)定度的評價方面是可行的,設計搭建的偏振光譜鎖頻系統(tǒng)對半導體激光器鎖頻后,其激光頻率穩(wěn)定度優(yōu)于1.5×10-8,并且可以對半導體激光器的頻率進行的快速、多頻率值鎖定。
【圖文】：

測量范圍達到米級的大尺寸測量技術原理圖

這種對稱的、易于實施的結(jié)構(gòu)[13]，如圖 1-2 所示。采用四通道移相技術后，絕對距離干涉測量系統(tǒng)應用越來越廣，這是因為這種技術從本質(zhì)上提高了激光干涉儀的穩(wěn)定性和抗干擾能力，，并且具備能體積小、高集成、抗熱擾、光纖傳導易校正非線性、無測量速度限制等特點，在材料表面聲波振動以及納米坐標測量等高速超精密測量領域中有廣泛的應該用。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 梁晶;龍興武;張斌;;一種新型多波長絕對距離干涉測量系統(tǒng)的研究[J];光學技術;2008年05期

2 王婧;楊保東;何軍;趙江艷;張?zhí)觳?王軍民;;采用偏振光譜對外腔半導體激光器穩(wěn)頻時反饋環(huán)路帶寬的影響[J];光學學報;2009年02期

3 陸萍藍;張火明;毛汝東;;史密斯預估補償控制與PID控制的比較研究[J];中國計量學院學報;2009年02期

相關碩士學位論文 前1條

1 韋豐;激光合成波長干涉納米測量系統(tǒng)及其信號處理方法的研究[D];浙江大學;2005年

本文編號：2565050