針對納米級周期非線性誤差制約外差激光干涉儀使其不能適應下一代超精密裝備制造與重大科學工程提出的亞納米乃至皮米測量精度需求的問題,分析了外差激光干涉儀中兩類周期非線性誤差的形成機理,并對周期非線性誤差的補償方法進行了研究.結果表明:第1類周期非線性誤差是由于雙頻激光不能完全分離引起雙頻激光交叉混疊,進而導致的周期非線性誤差,該誤差幅度可從數納米到數十納米;第2類周期非線性誤差是由于測量光束在光學界面產生了具有多階多普勒頻移特征的虛反射光束,進而引入的周期非線性誤差,該誤差幅度可從數皮米至數納米.對于第1類周期非線性誤差,現有誤差補償方法,如橢圓擬合法等,可將其抑制至0.1 nm量級,特別是空間分離式外差激光干涉儀則從原理上完全消除了這一類誤差;而對于第2類誤差,通過降低虛反射率和空間濾波可以將第2類誤差降低至數十皮米到數百皮米,剩余誤差尚不能完全滿足皮米測量的精度需求,亟待發(fā)明新的誤差抑制或補償技術. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學學報. 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

外差激光干涉儀中雙頻激光交叉混疊示意圖

式中:Δω=ω1-ω2;第1項為主要測量信號(main measurement signal, MMS),后兩項分別為0階和-1階寄生干涉信號(parasite interference signal,PIS),對其進行仿真可以得到測量信號頻譜如圖2(b)所示,其中設置雙頻激光頻差Δf=5 MHz,多普勒頻移fd=1 MHz,泄漏系數Γ1=Γ2=0.1.可見受到雙頻激光交叉混疊影響的信號中,除了主要測量信號外,還包含有一階和二階寄生干涉信號.對式(2)進行變形,可得

由式(6)可見,第1類周期非線性誤差中包含有兩項,其中第1項與第2項分別為一階和二階周期非線性誤差.設定主要參考和測量光束幅值A=B=1,對式(6)進行仿真如圖3所示.圖3(a)為不同泄漏系數下的非線性誤差曲線,從圖中可以看出,隨著泄漏系數的增大,非線性誤差也隨之增大.圖3(b)為泄漏系數為0.1的情況下,一階和二階非線性誤差曲線,從圖中可以看出,一階非線性誤差要遠大于二階非線性誤差,這也說明了非線性誤差大小主要取決于一階非線性誤差的大小,同時一階和二階寄生干涉信號引入的非線性誤差都具有明顯的周期性,且周期分別為2π和π.1.2 外差激光干涉儀中的第2類周期非線性誤差

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3300340