【摘要】：掃頻干涉測量方法是一種性能優(yōu)異的測量方法,相對于其他的測量手段它具有精度較高、不存在測距盲區(qū)和能夠測量絕對距離以及非合作目標等優(yōu)勢。在使用較大的掃頻帶寬的情況下,此方法即使在測量目標回光強度較低的情況下依舊可以獲得較高的測量精度,這使得它在測量透明光學元件的折射率和厚度上擁有了獨特的優(yōu)勢。本文主要研究了基于線性掃頻干涉測量系統(tǒng)的光學元件折射率和厚度測量技術(shù),設(shè)計單掃頻干涉和雙掃頻干涉兩種測量系統(tǒng)對目標折射率和厚度進行測量,并通過理論分析和仿真驗證了這兩種測量方案的特性和可行性,最后搭建了對目標光學元件的折射率和厚度測量系統(tǒng),證明這兩種系統(tǒng)都能以的較高的精度對目標元件的折射率和厚度進行測量。在理論分析部分中,分析了單掃頻干涉測量技術(shù)和雙掃頻干涉測量技術(shù)的基本原理,并分析了激光器調(diào)頻非線性、輔助干涉儀光纖色散和目標振動導(dǎo)致的多普勒效應(yīng)對于這兩種掃頻干涉測量系統(tǒng)的測量帶來的影響,并對應(yīng)這些影響因素各自的特性給出了消除的方法。并根據(jù)實際情況和文獻資料對折射率和厚度的測量方案進行了基本的設(shè)計。在測量系統(tǒng)搭建以及性能測試部分中,分別搭建了單掃頻干涉測量系統(tǒng)和雙掃頻干涉測量系統(tǒng)的測距光路并編寫了自動控制程序用于進行快速的測量和對焦。通過實驗分別測試兩者的合作和非合作目標的測量能力。通過仿真和實驗對這兩種系統(tǒng)的多目標測量能力進行驗證。并對這兩個系統(tǒng)的單目標和多目標測量能力進行不確定度分析。在之前仿真和實驗的基礎(chǔ)上搭建了用于測量光學元件折射率和厚度的測量裝置,經(jīng)過實驗測得單掃頻干涉測量系統(tǒng)的折射率測量重復(fù)性為4.32×10~(-4)(k=2,折射率無量綱)厚度測量重復(fù)性為2.4μm(k=2),雙掃頻干涉測量系統(tǒng)的折射率測量重復(fù)性為6.80×10~(-4)(k=2,折射率無量綱)厚度測量重復(fù)性為3.2μm(k=2)。通過之前的不確定度分析和實驗結(jié)果導(dǎo)出了折射率和厚度測量的相對不確定度的公式,經(jīng)驗證其與實際情況相符。
【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】：2019
【分類號】：TH74
【圖文】：

圖 2-1 雙波長干涉儀的光路圖[16]，德國的 Karl Meiners-Hagen 等人提出了一種使用雙波錐棱鏡）運動路徑中折射率的方法，在這個系統(tǒng)所使類似于單頻激光干涉儀[16]。如圖 2-1 所示，倍頻的 YV532nm 和 1064nm 的激光經(jīng)分光后進入之后的干涉光路兩個不同位置的探測器所接收，最終依靠經(jīng)過改進的 E果就可以推導(dǎo)處目標運動距離的真實值和這個運動徑個方法的優(yōu)勢在于可以在盡量少的使用空氣參數(shù)傳感器折射率，但這種方法在享受了單頻激光干涉測量原理易受閑區(qū)誤差干擾的劣勢[17]。 年，在歐洲計量研究計劃的資助下 J. Guillory 等人將相激光測遙儀中，由于這個項目中所研究的測遙儀使用可以獲得真正的絕對距離[18]，從而避免了被閑區(qū)誤差（近似無水蒸氣分壓）的情況下不需要任何額外傳感要一些濕度和溫度傳感器來輔助測量[19]。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文不將被測物放入光路的情況下測量一下整個參考路徑的光程長傳感器測量整個路徑中的空氣參數(shù)；然后將被測物移動到光路個路徑的光程長度和被測物的厚度對應(yīng)光程，并測量這時路徑后就可以用之前測量到的參數(shù)和空氣折射率（由路徑中的空氣出）計算出物體的厚度和折射率。線性掃頻干涉測量系統(tǒng)在兩果的示意圖（這里測量結(jié)果已經(jīng)都轉(zhuǎn)換為測量干涉儀光程差 2-2 所示。其中反射峰 τ0對應(yīng)于單掃頻測量系統(tǒng)的光纖端面， τ1而后表面對應(yīng) τ2，參考鏡在前后兩次測量對應(yīng)的反射峰不同里假定端面對應(yīng)的延遲為 0。

6 647.93334 647.93811 4.8 3.97 768.26280 768.26136 -1.4 5.08 908.35200 908.34783 -4.2 3.09 1044.33068 1044.33007 0.6 3.7由表中數(shù)據(jù)可知在各位置目標的測量標準差可以控制在 5μm 以內(nèi)，與真值差可以控制在 4.8μm 以內(nèi)，造成這些偏差的主要原因是滑塊的振動。4.2 非合作目標的測量實驗在之前與單頻激光干涉儀的比對實驗中，目標角錐鏡頭與雙掃頻測距系統(tǒng)頭固定在同一導(dǎo)軌上，這時的目標可以看作是幾乎沒有相對振動的合作目標是在實際情況中如果目標所在的環(huán)境沒有那么理想，目標與掃頻測距系統(tǒng)之會存在相對振動，為了觀測這種振動對于單掃頻測距系統(tǒng)的影響，進行了非目標的測距實驗。實驗光路由單掃頻測距光路、聚焦鏡頭和距離鏡頭 10m 左臺面的目標金屬板組成。實驗裝置的各部分如圖 3-9 所示：

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