外差激光干涉仪周期非线性误差形成机理与补偿方法

发布时间：2021-07-24 08:49

　　针对纳米级周期非线性误差制约外差激光干涉仪使其不能适应下一代超精密装备制造与重大科学工程提出的亚纳米乃至皮米测量精度需求的问题,分析了外差激光干涉仪中两类周期非线性误差的形成机理,并对周期非线性误差的补偿方法进行了研究.结果表明:第1类周期非线性误差是由于双频激光不能完全分离引起双频激光交叉混叠,进而导致的周期非线性误差,该误差幅度可从数纳米到数十纳米;第2类周期非线性误差是由于测量光束在光学界面产生了具有多阶多普勒频移特征的虚反射光束,进而引入的周期非线性误差,该误差幅度可从数皮米至数纳米.对于第1类周期非线性误差,现有误差补偿方法,如椭圆拟合法等,可将其抑制至0.1 nm量级,特别是空间分离式外差激光干涉仪则从原理上完全消除了这一类误差;而对于第2类误差,通过降低虚反射率和空间滤波可以将第2类误差降低至数十皮米到数百皮米,剩余误差尚不能完全满足皮米测量的精度需求,亟待发明新的误差抑制或补偿技术. 

【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

外差激光干涉仪中双频激光交叉混叠示意图

式中:Δω=ω1-ω2;第1项为主要测量信号(main measurement signal, MMS),后两项分别为0阶和-1阶寄生干涉信号(parasite interference signal,PIS),对其进行仿真可以得到测量信号频谱如图2(b)所示,其中设置双频激光频差Δf=5 MHz,多普勒频移fd=1 MHz,泄漏系数Γ1=Γ2=0.1.可见受到双频激光交叉混叠影响的信号中,除了主要测量信号外,还包含有一阶和二阶寄生干涉信号.对式(2)进行变形,可得

由式(6)可见,第1类周期非线性误差中包含有两项,其中第1项与第2项分别为一阶和二阶周期非线性误差.设定主要参考和测量光束幅值A=B=1,对式(6)进行仿真如图3所示.图3(a)为不同泄漏系数下的非线性误差曲线,从图中可以看出,随着泄漏系数的增大,非线性误差也随之增大.图3(b)为泄漏系数为0.1的情况下,一阶和二阶非线性误差曲线,从图中可以看出,一阶非线性误差要远大于二阶非线性误差,这也说明了非线性误差大小主要取决于一阶非线性误差的大小,同时一阶和二阶寄生干涉信号引入的非线性误差都具有明显的周期性,且周期分别为2π和π.1.2 外差激光干涉仪中的第2类周期非线性误差

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]双频激光干涉仪非线性误差测量技术研究[D]. 孙志猛.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3300340