【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(shí)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(shí)保證了微米級的測量精度,具有廣泛的應(yīng)用前景,其利用一個(gè)已知精確長度的參考腔做基準(zhǔn),使用經(jīng)過波長調(diào)制的半導(dǎo)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(guān)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(guān)鍵技術(shù)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(shè)備及測量基礎(chǔ),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(dǎo)體激光器偏振光譜鎖頻技術(shù),并提出穩(wěn)定性測量方法,在此基礎(chǔ)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(dǎo)致信噪比低、激光頻率預(yù)鎖定時(shí)間長、信號丟失等問題,設(shè)計(jì)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(jìn)行溫度控制,實(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)計(jì)、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(dǎo)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(shí)現(xiàn)了激光器頻率值的多值鎖定;3.針對現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器的激光頻率穩(wěn)定性評價(jià)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(jìn)行補(bǔ)償,設(shè)計(jì)、編寫了相應(yīng)的穩(wěn)定性測量軟件來進(jìn)行相位測量以及系統(tǒng)穩(wěn)定性評定,同時(shí),針對參考腔易受環(huán)境干擾導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題,設(shè)計(jì)、搭建了具有結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、受環(huán)境振動(dòng)影響小、長度漂移小等特點(diǎn)的參考腔,作為絕對距離干涉測量的長度基準(zhǔn)�；谏鲜鲫P(guān)鍵技術(shù)研究,本文搭建了外腔半導(dǎo)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(guān)鍵技術(shù)單元進(jìn)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(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)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(jià)方面是可行的,設(shè)計(jì)搭建的偏振光譜鎖頻系統(tǒng)對半導(dǎo)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(dǎo)體激光器的頻率進(jìn)行的快速、多頻率值鎖定。
【圖文】：

測量范圍達(dá)到米級的大尺寸測量技術(shù)原理圖

這種對稱的、易于實(shí)施的結(jié)構(gòu)[13]，如圖 1-2 所示。采用四通道移相技術(shù)后，絕對距離干涉測量系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，這是因?yàn)檫@種技術(shù)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(dǎo)易校正非線性、無測量速度限制等特點(diǎn)，在材料表面聲波振動(dòng)以及納米坐標(biāo)測量等高速超精密測量領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)該用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)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(xué)技術(shù);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(dǎo)體激光器穩(wěn)頻時(shí)反饋環(huán)路帶寬的影響[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2009年02期

3 陸萍藍(lán);張火明;毛汝東;;史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制與PID控制的比較研究[J];中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào);2009年02期

相關(guān)碩士學(xué)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(xué);2005年

本文編號：2565050