基于共测量轨迹的快速外差激光干涉仪动态校准关键技术
[Abstract]:Heterodyne laser interferometer is an important displacement measurement method in the fields of ultra-precision engineering and nanotechnology. The calibration of dynamic displacement measurement of heterodyne laser interferometer is a necessary technical means to ensure its dynamic displacement measurement accuracy and realize its traceability and standardization. With the development of heterodyne laser interferometer, there is an urgent need for high precision and fast dynamic displacement measurement and calibration methods and techniques. In order to solve the calibration problems of cosine, Abbe, air refractive index difference error and data delay error in calibration, a method of dynamic displacement measurement and calibration of heterodyne laser interferometer based on common measurement trajectory is proposed in this paper. The method of data delay error calibration based on common measurement trajectory is also presented. The main research contents are as follows: 1. Aiming at the problem of Abbe and air refractive index difference error in calibration, a method of dynamic displacement measurement and calibration of heterodyne laser interferometer based on common measuring trajectory is proposed. Based on the displacement measurement model of the standard interferometer, the displacement calibration model of the common measurement trajectory calibration method and the error model of the air refractive index difference are established. The model is established by analysis. The results show that Abbe error is less than 2 nm and air refractive index difference error is less than 1 nm.2 in the range of 10 m displacement. A dual-spot position detection unit for beam direction vector detection and a double-wedge mirror assembly with beam direction vector adjustment are set up. The corresponding beam direction vector measurement model and beam direction vector adjustment model are established. On the basis of obtaining beam direction vector, the beam direction can be adjusted to the target direction by two-dimensional rotation without coupling. The precise adjustment of optical axis parallelism can not only suppress the cosine error in calibration, but also provide a technical guarantee to suppress the difference of refractive index between Abbe and air in calibration. The analysis shows that this method can realize 2 "optical axis parallelism adjustment, and make the cosine error less than 0.1 nm.3 in the range of 10 m displacement. In this paper, a method of data delay error calibration based on common measurement trajectory calibration is proposed. By analyzing the data delay error model of interferometer displacement measurement, a calibration model of data delay error is proposed and studied. According to the principle of the model, the difference of instantaneous calibration results during acceleration is used to calibrate the common measurement trajectory. On the premise of calibration, the data delay error calibration of the resolution level of the interferometer is realized, which provides a necessary foundation for the further study of the data delay error calibration of the interferometer. The experimental results show that the calibration accuracy of the data delay error is better than 3 nm, and the calibration accuracy of the data delay time is better than 5 ns. A dynamic displacement measurement and calibration system of heterodyne laser interferometer based on common measuring trajectory is established. The method of adjusting the optical axis parallelism is experimentally verified. The experimental results show that the detection accuracy of the beam direction is 1 ", the adjusting accuracy is 2" and the adjustment requirement of the optical axis parallelism is satisfied. The model is validated by experiments, which proves that the method can effectively suppress the air refractive index difference error, Abbe and cosine error in calibration. The experimental results show that the model value of air refractive index difference error is 13% deviated from the experimental value in the range of 10 m displacement, and the deviation relation can be obtained. The error of emissivity difference is less than 1.2 nm; the deviations of Abbe and cosine errors from the experimental values are 2 *10-9 for the wavelength stability of the calibrated interferometer; the calibration repeatability of the proposed method is better than 20 nm.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH744.3
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,本文编号:2194852
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