多自由度相位调制器测试技术研究

发布时间：2020-05-22 09:57

【摘要】：随着天文观测对望远镜分辨力要求不断地提高,加大口径是提高分辨力的有效途径,而大口径望远镜制造难度大,现代大型望远镜多采用相干合成孔径技术。相位调制器是相干合成孔径望远镜中光束合成机构的关键部件,相位调制器运动信息的检测精度和速度决定了相位调制器的调制精度和控制带宽,提高相位调制器的调制精度和控制带宽有助于提高合成孔径望远镜的成像分辨力。相位调制器运动信息包括俯仰角度、方位角和轴向位移三个自由度(3-DOF),三个或者多个自由度的实时测量方法还处于发展阶段,单个系统实现多自由度测量的方法极少,而传统的多自由度测量方法是结合多套测量设备或者传感器同时对待测物进行测量,不仅结构复杂难以装调而且设备之间相互影响引入更多误差项。本课题研究相位调制器的三自由度测试技术,实现包括两个旋转角度和一个轴向位移测量,本文研究内容包括四部分。光学干涉测量具有精度高、可溯源和非接触测量等天然优势,成为精密测量的重要手段,本文第一部分对光学干涉精密测量技术和基于光学干涉及相关技术的多自由度测量技术的研究现状进行广泛调研,文中对目前业内的最新成果进行综述。第二部分中提出3个位移测量传感同时实现三自由度测量,在测量坐标系中测量出待测面上三个及以上测量点的位移量,基于平面法线向量法实现角度测量和位移测量。建立了测量模型和误差模型,对此方法进行了理论分析和误差源的分析,说明了该方法的正确性,在计算机中对其进行仿真,结果证明了在误差源有效控制的情况下,可实现角度测量精度在微弧度量级,位移测量精度在纳米量级。第三部分设计了基于外差干涉的多自由度测量系统,三自由度测量系统的详细描述中介绍了激光外差干涉基本原理,结构组成和信号处理。位移测量部分直接采用外差干涉信号处理方法进行处理,分析了包括最小二乘法、IQ正交解法和FFT(快速傅里叶变换)常用三种相位提出法。角度测量采用CCD采集干涉条纹,分析条纹的空间频率采用FFT和条纹间距方法。第四部分设计并搭建了三自由度测量实验,实验主要验证第二部分中基于平面法线向量的测量方案,实验进行了仪器和位移传感器安装位置和快反镜偏转的标定实验;进行了角度测量和位移测量,角度测量范围在0.45mrad范围内测量准确度在3.39μrad范围内;位移测量准确度在50nm范围内。验证了所提方法的正确性和实用性。
【图文】：

示意图,相位调制器,光路,原理图

随着科学技术的不断发展，望远镜已经成为人类探索宇宙奥秘的的远和看的清是望远镜不断追求的目标，传统望远镜受到口径限制的影响，不能满足天文观测的高分辨力要求，各国科学家采用了很望远镜分辨力，其中20世纪70年代提出的相干合成孔径成像技术[统分辨力提供了新的方法，现代大型望远镜多采用相干合成孔径远镜。相干合成孔径系统利用多个小孔径实现等效于大口径望远效克服了大型单口径望远镜制造困难等问题。相干合成孔径系统中是决定整个系统性能的关键因素，，甚大望远镜VLT的光束合成如路中实现光程和方向调节的相位调制器是相干合成孔径望远镜中的关键部件，相位调制器运动信息的检测精度和速度决定了相位调度和控制带宽，提高相位调制器的调制精度和控制带宽有助于提高镜的成像分辨力。相位调制器运动信息包括俯仰角度、方位角和1.1(b)所示，研究用于三自由度相位调制器运动信息测量的方法具

框图,纳米计量,激光二极管,框图

第 1 章绪论ll Howard 等[15]在 2001 年实现了高分辨达到 20pm。基于可调谐外腔半导体激光F-P 干涉腔进行伺服锁定，实现可溯源测差迈克尔逊干涉仪的混合误差检测和商05 年日本大阪大学的 Shuko Yokoyama 的位移测量[16]，实现了3MHz的振动测的 Yang Xiufang 等设计了双 F-P 干涉2007 年上海光机所何国田等采用新的相进行改进[18]，提高了 LD 干涉仪的测量精
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH743

【参考文献】