影响激光外差高精度计量的几个关键因素

共光路外差干涉仪具有很高的分辨率,但因为安装、调试误差会产生非线性误差,影响系统的测量精度.所以着重分析了影响激光外差计量精度的4个关键因素,即频率混叠、不同被测金属的相位跳变、被测表面的倾斜及物镜的数值孔径;利用激光外差及矢量分析理论,深入研究了频率混叠误差和相位跳变误差的成因、变化规律,并讨论了提高测量系统精度的有效措施.对正确设计和调试激光外差测试系统、提高测量系统精度具有重要意义.     

激光外差干涉信号处理技术的研究

介绍了两种激光外差干涉信号的处理方法锁相频率解调法及组合频率解调法。此方法适用于需要实时反馈控制以及定位曝光等场合。用此方法,可以使干涉仪的测量分辨力分别达到３ｎｍ和０．５ｎｍ,干涉仪测量棱镜的允许运动速度达到３ｍｍ／ｓ。     

铌酸锂电光调制器用于激光外差干涉新方法

介绍铌酸锂电光调制器的特点，恰当利用这些特点可以研制出新型的激光外差干涉仪，并给出了两个应用实例。     

频谱混叠对光纤陀螺振动特性测试的影响

振动过程中的频谱混叠会使光纤陀螺中采样后信号相对于原信号产生失真现象,从而影响测试结果.为了验证频谱混叠带来的影响,并进一步抑制频谱混叠现象的发生,设计实现了一套用于获取光纤陀螺原始输出的闭环数据采集系统（速率可达1 MHz×16 bit）,分析了振动测试过程中光纤陀螺闭环数据的特征,发现目前光纤陀螺中常用滤波器无法有效滤除闭环数据中振动成分,因此可能会由于采样频率设置不当引起频谱混叠;通过matlab仿真和陀螺振动实验对频谱混叠造成的影响进行了验证;针对频谱混叠现象提出了抑制措施.实验结果表明对于采用类似数据采集过程的光纤陀螺,改进后的设计可以有效避免频谱混叠现象的发生.      

光学干涉计量用共光路动态干涉仪光机结构设计

光学干涉计量方法具有一系列独特的优点,包括非接触、非破坏、髙精度和高灵敏度等,在生产和科学研究领域获得了广泛的应用。干涉仪作为检验光学系统、光学元件最准确最有效的工具之一,在光学计量方面发挥了重要作用。为了满足光学系统现场检验和恶劣环境下光学元件的高精度测量和连续的动态测量,需开展光学干涉计量用共光路动态干涉仪设计研究,本文针对光学干涉计量用共光路动态干涉仪开展光机结构设计研究。     

光纤陀螺惯性测量单元数据频混误差仿真分析

导航计算机对光纤陀螺（FOG）测量数据的异步重采样将引起数据的频谱混叠误差。基于FOG信号检测特点,以FOG闭环输出数据更新率、惯性测量单元（IMU）异步通信定时脉冲频率为参量,以载体的正弦干扰频率为变量,以导航计算机接收信号直流（DC）分量的幅值误差抑制为目标,建立了仿真模型。分析了现有内插抽取方案和滑动滤波方案的数据频混误差及延时特性。提出了类盲发变滑窗长度方案,抑制了频混误差响应谱对滑窗长度的敏感性。仿真结果表明,相比滑窗长度偏离最优值4%的滑动滤波方案,变滑窗长度方案的误差最大值从0.056 85降至0.009 737,能更好地适应定时脉冲信号频率抖动或切换的工程应用需求。      

一种非接触光外差轮廓仪

介绍了一种纳米级非接触超高精度光外差轮廓仪。该量仪是基于普通光路的外差干涉仪,两束具有微小频差的激光束照射到制件表面:其中一束光被会聚后作为测量光针扫瞄制件表面;另一束光则被用作参考光束。这两束光经反射后形成干涉,所得信号的光程差与制件表面高度变化成正比。量仪的横向分辩力小于2μm,垂直分辩力小于1nm。制件不需要进行大的调整。制件表面同时亦被作为测量参考面。经光电转换后,信号由微机处理,从而快速完成测量、计算、显示与打印各种参数与图形。     

线性调频半导体激光衍射光栅干涉仪

介绍一种以线性调频半导体激光为光源的衍射光栅干涉仪。激光与光栅上衍射的±１级衍射波会合，由于有光程差而发生光拍频，测量拍频信号的相位移则可测得光栅的位移。设计了一种克服激光波长漂移和空气折射率变化影响的对称差动光路，使这种方法达到实用化的程度，分辨力达到纳米级。此外，还介绍了应用于接触干涉仪的实验情况。     

飞秒激光系统图像调焦装置以及方法

飞秒激光直写技术在复杂三维微结构加工领域具有显著优势,而调焦是否精准直接影响了所加工结构的完整度.提出了在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术,通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致,从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态.利用Zemax软件模拟分析了原飞秒激光光路与加入调焦光源和物的调焦光路,二者可实现相同加工物镜后工作距离与良好成像质量,证明了该方法的可行性.通过分析得到该过程的成像误差主要由成像镜头焦深(3.9 μm)引起,我们获得的理想调焦精度可达到1/2焦深以内.设计了单层高度为5 μm的二层圆柱结构,通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1.5 μm范围以内,与理论分析一致,满足飞秒激光系统的调焦要求.     

基于双频激光相位测量五轴转台角度定位的误差分析

为提高光学制导仿真用五轴转台角度定位测量精度,提出一种基于双频激光干涉的相位测量方法.结合多齿分度盘搭建双频激光干涉相位测量光路,在五轴转台现场进行测试,并定量分析双频激光测量系统的误差因素.结果表明,结合多齿分度盘可以实现大角度的转台角度定位测量,在每±5°测量范围内,测角误差小于0.5",可以用于试验室现场五轴转台...     

光源光谱对干涉式光纤陀螺零漂的影响

以采用Y波导集成光学调制器的保偏型干涉式光纤陀螺(IFOG,Interference Fiber Optic Gyroscopes)为研究对象,根据各光学元器件的参数,建立了各器件的琼斯矩阵以及光路传输模型,在此基础上进行了光路偏振误差的理论分析.通过推导,得到了保偏型干涉式光纤陀螺的偏振误差表达式.首次借助光源偏振度的改变,分析了不同形状的光源光谱对偏振模式耦合误差引起的陀螺零漂的影响.通过计算得出,当光源的偏振度在0~3%之间呈线性变化以及光路中其它参数不变时,谱宽较窄的光谱引起的零漂较大,谱宽较宽的光谱引起的零漂较小.仿真结果给光纤陀螺光源光谱的选择提供了理论依据.      

提高激光干涉仪分辨力和可靠性的一种相位编码方法

提出一种电子测量方法,它能提高测量位移用的激光干涉仪的分辨力和可靠性。通过对干涉条纹间隔分区编码,测量位移的分辨力为波长的1/170(对He-Ne激光器约为4nm)。因为避免了在计数过程中由环境噪声而引起的累积误差,所以测量值比使用那些传统的脉冲计数测量法更为可靠。     

GPS共视技术中不确定度分析

介绍了使用同源共视技术进行频率校准的基本原理,在此基础上分析和评定了共视技术引入的不确定度。共视技术中不确定度主要是由参考原子钟的频率准确度、两地接收系统的不确定度、卫星的位置误差、接收天线的位置误差所构成。经过计算评定,在所有的影响不确定度的因素中,参考原子钟的频率准确度最为重要。     

光纤Sagnac温度传感器信号检测技术

利用光纤Sagnac干涉仪的偏振非互易性PNR(Polarization Non-Reciprocity)可以实现对单温度点的高精度测量.传感头周围温度场的变化引起干涉仪光路中两相干光的相位差变化.通过分析温度传感器的测温原理,得到其输出的线性化模型.采用方波调制解调技术实现了对温度传感器光路系统输出的全数字信号检测.设计了以C8051F060混合信号微控制器为核心的全数字信号检测系统,实现其采样信号和调制信号的相位关系保持.16位高精度模/数转换器的电压采样值通过数字滤波及分段函数解算处理,得到测量温度值的数字输出.这种技术具有实现方便,便于数字化处理及时序控制等优点.通过-15~55℃的全温扫描实验得到的实验数据和理论曲线近乎重合,系统输入/输出成很好的线性关系,线性度达到了10-3量级.实验研究表明这种温度传感器可以实现高精度的温度测量.      

星载SAR滑动聚束模式三步扩展算法

针对星载SAR(Synthetic Aperture Radar)滑动聚束成像模式,结合空间几何模型沿距离向对混合度因子进行了分析及修正.在此基础上研究了单点目标及全场景的多普勒带宽,并通过数学推导验证了两步成像处理算法克服频域混叠的有效性.通过进一步深入研究指出了两步成像算法的局限性,即对脉冲重复频率的选择具有较高的要求,否则在方位向图像域造成混叠.针对两步成像算法的缺陷提出三步扩展成像处理算法,在方位向聚焦后通过选择合适的deramp因子完成方位向的重采样,克服了方位向图像域的混叠,并研究了第三步deramp操作对方位向时域展宽的影响.最后通过仿真验证了三步成像处理算法的优越性.     

一种使用硅片集成光路技术制造的干涉仪

一、绪言光学干涉仪为精密测量动态范围较大的位移提供了一种有效方式,其最简单的结构是图1所示的迈克尔逊干涉仪。在工业测量中,大部份干涉仪使用氦氖激光器作为光源,并由许多分离的玻璃元件如反射镜、分光镜等组成。这些元件的加工必须十分精密,其成本也十分昂贵。目前已经研制出一种在硅片上集成光路的技术。利用该技术制成的干涉仪具有以下优点: ·硅片具有较大的面积((?)152.4mm),并具有很好的光学质量及适中的价格; ·集成光路可按机械加工平面技术制造,而且这种技术早已被半导体工业所采用;     

振动台动态角的测试方法研究

振动台在高频振动过程中难免会产生空间的小角度运动,这种角运动在振动试验中是非预期的,应尽量减小。利用激光干涉原理,运用双频激光干涉仪及角度测量组件测量了振动台振动频率达2 000Hz时方位、俯仰、横滚三个方向的实时角度、角速率。通过对测量数据的分析可知环境的振动对测量准确度影响较大,为进一步完善该测试方法指明了研究方向。     

单模光纤耦合器的传输光谱温度特性

在温变条件下,对光纤光源发出光波经单模光纤耦合器传输后的输出光谱进行了测试.借助测试结果,仿真计算了耦合器的透射光波和耦合光波分别进入Sagnac干涉仪后干涉仪输出信号的误差随温度的变化情况.结果表明:当环境温度发生变化时,耦合器透射光波和耦合光波的平均波长和功率都会发生变化,且透射光波的平均波长和功率的温度稳定性远远高于耦合光波的稳定性;当透射光波作为干涉仪输入光波时,由温变引起的干涉仪输出误差比耦合光波作为输入光波时的误差小一个数量级.     

采样式航天光学遥感成像系统混叠噪声

为了准确计算采样式航天光学遥感成像系统中混叠噪声的权重和分析系统设计参数的影响,采用经验景物模型,模拟成像系统主要噪声源的统计特性,提出了一种含混叠的成像系统噪声计算模型。采用该模型,以某卫星高分辨率相机成像系统为例,计算混叠噪声功率占总噪声功率的百分比,并对不同λF/p参数和不同景物参数的情况进行了仿真。结果表明：该卫星高分辨率相机成像系统中,混叠噪声占较大比重;当提高λF/p时,可有效降低混叠噪声。     

频率分集阵列对干涉仪的角度欺骗效果

针对干涉仪的测向隐蔽性问题,提出了一种基于频率分集阵列（FDA）对干涉仪的角度欺骗方法。干涉仪通过求取各天线接收到信号的相位差确定信号到达角,而FDA由于各阵元具有微小频偏造成其相位差并不满足求解关系,从而实现角度欺骗。首先,利用模型建立法和欧拉公式法2种方法建立了FDA波束相位模型;然后,从建立的2种模型出发,论证了FDA发出信号对干涉仪具有角度欺骗效果;最后,仿真分析了干扰距离、阵元间距、发射频率、频率增量等因素的影响。理论分析与仿真结果表明,FDA对处于远场的干涉仪目标有良好的欺骗效果。