外差干涉测量系统主要误差源的分析与抑制技术研究

发布时间：2017-09-27 18:09

  本文关键词：外差干涉测量系统主要误差源的分析与抑制技术研究

  更多相关文章： 外差干涉 光学非线性误差 环境误差 抑制

【摘要】：随着科学技术的快速发展,外差干涉测量系统已在超精密加工和测量领域取得了广泛的应用,但其测量结果精度还受到多种因素的影响。本文对影响外差干涉测量系统测量精度的各误差进行了分析,并针对其光学非线性误差和环境误差提出了相应的抑制方法。本文的主要研究工作如下:(1)基于多普勒效应和外差干涉法阐述了外差干涉测量系统的测量原理,并对系统的总误差进行了测量和分析,根据实验结果计算得到系统总误差为44.7388nm。(2)分析了影响外差干涉测量系统测量结果精度的多种因素,包括激光源波长的不稳定、光学元器件的非理想特性、环境误差、安装误差等,建立了偏振分光镜(PBS)的非理想特性与系统光学非线性误差之间的模型并进行仿真;分析了由外界环境的温度、压强和相对湿度等引起的空气折射率变化对系统测量误差的影响,为抑制外差干涉测量系统的误差提供了理论支持。(3)针对系统的光学非线性误差,提出了两种抑制方法。一种根据光学倍程法设计了一种新型的四倍程双频激光干涉仪,并在实验系统中进行验证,该方法可将系统测量误差减小到32.28nm。一种根据相位补偿法添加四分之一波片和偏振片并旋转偏振片,该方法可将系统测量误差减小至22.45nm。(4)针对相位补偿后的外差干涉测量系统的环境误差,测量在外界环境不同温度下系统的测量误差,分析环境温度对系统测量结果的影响,与理论仿真相结合得出系统的最佳运行外界温度条件,对测量环境的空气折射率进行修正,从而减小由空气折射率变化引起的系统测量误差。
【关键词】：外差干涉 光学非线性误差 环境误差 抑制
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.3;O436.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-25
• 1.1 课题的研究背景14-15
• 1.2 国内外外差干涉测量系统主要误差的研究现状15-23
• 1.2.1 双频激光干涉仪的发展15-17
• 1.2.2 外差干涉测量系统的主要误差17-19
• 1.2.3 外差干涉测量系统主要误差抑制方法的研究现状19-23
• 1.3 课题主要研究内容23-25
• 2 外差干涉测量系统25-33
• 2.1 系统的组成结构25-26
• 2.2 系统的测量原理26-31
• 2.2.1 光的干涉26-27
• 2.2.2 多普勒效应27-28
• 2.2.3 外差干涉法28-31
• 2.3 外差干涉测量系统的应用31-32
• 2.4 小结32-33
• 3 外差干涉测量系统的误差测量与分析33-54
• 3.1 外差干涉测量系统的误差测量33-37
• 3.1.1 系统误差的测量33-34
• 3.1.2 数据处理与分析34-37
• 3.2 激光源波长的不稳定37-38
• 3.3 光学元器件的非理想特性38-44
• 3.3.1 偏振分光镜的漏光和混频39-43
• 3.3.2 偏振分光镜的安装误差43-44
• 3.4 外界环境误差44-47
• 3.4.1 空气折射率的影响45-47
• 3.4.2 被测物体材料热膨胀的影响47
• 3.5 死程误差47-49
• 3.6 阿贝误差49-51
• 3.7 余弦误差51-52
• 3.8 系统误差评定52-53
• 3.9 小结53-54
• 4 外差干涉测量系统主要误差的抑制54-68
• 4.1 光学倍程法54-57
• 4.1.1 光学倍程原理54
• 4.1.2 四倍程双频激光干涉仪54-57
• 4.2 相位补偿法57-62
• 4.2.1 琼斯矩阵法57-58
• 4.2.2 四分之一波片58
• 4.2.3 偏振片58-60
• 4.2.4 相位补偿60-62
• 4.3 外界环境温度补偿62-67
• 4.3.1 不同环境温度下系统的误差测量63-65
• 4.3.2 对系统测量结果进行温度补偿65-67
• 4.4 补偿前后系统的误差对比67
• 4.5 小结67-68
• 5 总结与展望68-70
• 5.1 论文总结68
• 5.2 论文的不足和展望68-70
• 参考文献70-74
• 作者简历74

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本文编号：931146