發(fā)布時間：2020-01-24 00:13

【摘要】：近年來,隨著超精密加工和制造產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,激光干涉測量技術(shù)憑借其非接觸、高精度、可溯源等特點成為目前超精密位移測量和精確定位的主流技術(shù)手段。其中雙頻激光測量采用外差干涉測量原理,抗干擾能力更強,測量精度更高,得到了廣泛的應(yīng)用,而雙頻激光器作為整個外差激光干涉測量系統(tǒng)的核心部件,其性能好壞直接影響干涉測量的精度。本文針對傳統(tǒng)共軸雙頻激光干涉儀中雙頻光頻率混疊引入非線性誤差、雙頻光頻差范圍有限等問題,研究一種雙頻光空間分離且頻差范圍可調(diào)的新型非共軸雙頻激光器,即雙光源鎖定式雙頻激光器。結(jié)合空間分離型干涉儀推導誤差模型,并通過實驗對所研制的雙頻激光器的性能進行驗證。論文主要完成工作如下:(1)根據(jù)外差干涉測量原理結(jié)合空間分離型干涉儀結(jié)構(gòu),對頻率和頻差漂移引起的位移測量誤差進行分析并建立誤差模型,揭示雙頻激光頻差相關(guān)參數(shù)對測量精度的影響規(guī)律。綜合考慮電子細分誤差和測量光路結(jié)構(gòu),分析了納米精度干涉測量下對頻差鎖定準確度和穩(wěn)定度的指標需求;(2)針對雙光源鎖定系統(tǒng)中主、從激光器拍頻信號含有噪聲、幅值小且波形不理想等問題,設(shè)計了高精度、低漂移的偏頻信號預處理電路,實現(xiàn)對目標頻段內(nèi)光拍頻信號的高精度濾波、放大和整形處理,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于多周期同步測頻法的高精度數(shù)字測頻模塊,實現(xiàn)對被測頻帶內(nèi)偏頻值的精確測量;(3)針對控制對象存在延時長、控制慣性大等問題,利用階躍辨識法獲取被控對象的數(shù)學模型,根據(jù)其比例增益、熱慣性、時間延遲等相關(guān)參數(shù),設(shè)計了基于Smith-PI的頻差鎖定穩(wěn)頻控制算法,采用Simulink仿真工具箱進行控制參數(shù)仿真,為實際的控制參數(shù)整定提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了高精度數(shù)字穩(wěn)頻控制器,實現(xiàn)了從預熱控制、雙縱模熱穩(wěn)頻控制到頻差鎖定穩(wěn)頻控制的工作流程,保證了頻差鎖定的精度和復現(xiàn)性。搭建雙光源鎖定式雙頻激光器實驗裝置,針對不同頻段的目標頻差細調(diào)控制參數(shù),測試不同頻段頻差鎖定效果。實驗結(jié)果表明:本文所設(shè)計雙光源鎖定式雙頻激光器在以5MHz、10MHz、20MHz、30MHz、40MHz為預設(shè)目標頻差時,24h內(nèi)主、從激光器頻差抖動范圍小于±90k Hz,雙頻光頻差相對激光標稱頻率的穩(wěn)定度優(yōu)于3.8×10~(-10)/24h,滿足納米精度干涉測量下對頻差鎖定準確度和穩(wěn)定度的指標需求;
【圖文】：

和v0L，如圖1-2所示。縱向塞曼激光器輸出左旋和右旋圓偏振光，無法直接用于外差激光干涉測量，故一般先采用 1/4 波片將兩圓偏振光轉(zhuǎn)換成正交出射的線偏振光，頻差可達 4MHz，對應(yīng)最大測量速度為 1m/s[11]。代表性產(chǎn)品為美國 Agilent 公司（原HP 公司）的 5517 系列和 ZYGO 公司的 7705 系列雙頻激光器。5517 系列雙頻激光器其真空波長精度可達 1 10-7，短期頻率穩(wěn)定度為 2×10-9/1h，長期頻率穩(wěn)定度可達 2 10-8/24h；7705 系列雙頻激光器其真空波長精度為 2 10-7，短期頻率穩(wěn)定度為 1 10-8/1h

增益曲線與縱模分布示意圖
【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】：2017
【分類號】：TN248

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2572457