激光合成波长干涉波长测量系统设计

发布时间：2019-08-15 06:52

【摘要】：频率稳定度足够高的激光器是基于激光干涉原理的测量技术得以实现的重要保证。高稳频激光器的问世，为测量以激光波长做为标尺的各种间接测量的物理量提供了可能。对激光波长的精确测量在基础科学、计量学、信息科学、通信、天文等领域具有越来越重要的意义。现有的波长测量方法测量精度低、光路结构复杂、抗干扰性差，为此，论文提出了基于激光合成波长干涉原理的波长测量方法，旨在实现激光波长的高精度测量。本论文在对国内外激光波长测量方法分析的基础上，总结了它们各自的优点和不足之处，提出了两种激光波长测量方案，即基于单频正交线偏振光的激光波长测量方案和基于激光合成波长干涉原理的波长测量方案。基于单频正交线偏振光的激光波长测量方案对导轨定位精度要求过高，最终本文采用并实现了基于激光合成波长干涉原理的波长测量方案。论文给出了基于该系统的重要光学器件的性能指标和选择标准，对该系统的测量范围进行了理论分析，理论分析表明系统的测量范围取决于参考臂导轨的最小位移和最大行程；对PBS的分光原理进行了理论分析，并以此为基础对激光入射角度偏差给PBS分光性能的影响以及给波长测量系统造成的非线性误差进行了理论分析和仿真，仿真结果表明非线性误差造成的合成波长不确定度不超过1.67×10-3；对波长测量系统进行了芯片选型并对测量系统进行了程序设计；最终设计并实现了基于激光合成波长干涉原理的波长测量系统。为验证论文构建的激光波长测量系统的可行性和有效性，分别进行了以下实验：(1)系统稳定性实验验证合成波长干涉仪的稳定性，实验结果表明合成波长不确定度为7.17881×10-4，系统的光路稳定性较好；(2)固定波长稳频激光器波长值测量比对实验，波长测量值与稳频激光器波长相符，不确定度达到10-8；(3)与Bristol波长计比对对可调谐激光器的波长测量实验，可调谐激光器运行1小时后的输出波长稳定度优于10-5，波长测量值的不确定度在10-6，实验结果验证了波长测量系统的可行性。
【图文】：

波长测量,干涉光路,光路

浙江理工大学硕士学位论文激光合成波长干涉波长测量系统设计1.2.1 基于 Michelson 干涉型波长测量方法Michelson 干涉仪是 1883 年由美国物理学家 Michelson 和 Morey 合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。其基本原理是利用分光波振幅的方法将一束入射光分成两束后，，各自被平面镜反射回来，从而实现激光干涉。通过调整该干涉仪，可以产生干涉条纹，典型的光路结构如图 1.1(a)所示[3,23]。

波长测量,干涉型

硕士学位论文激光合成波长干涉波1-(3)知，将两束激光同时射入 Michelson 干涉仪，并采用两个接涉信号，如图 1.2 所示[24]。调整测量镜使两路正弦信号刚好同动测量镜总可以找到两路正弦信号第二次刚好同时达到负向过位置间的两个探测器的填脉冲数即可得到两种波长整数干涉的干涉级次的小数部分刚好等于 0，即 εr=εu=0，由此便可得到ru rumm 为干涉级次的比值，λr为参考激光的波长。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN249

【参考文献】