三光軸集成式單頻激光干涉測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、精密和超精密機械制造加工、微電子裝備、納米技術(shù)工業(yè)裝備等技術(shù)領域的不斷發(fā)展，提出了對線位移和角位移的同步高精度測量的要求。單頻激光干涉在實現(xiàn)高精度、高分辨率的測量要求的情況下，由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對易于集成、信號處理相對簡單等優(yōu)勢而被廣泛應用于納米測量系統(tǒng)中。
　　本課題“三光軸集成式單頻激光干涉測量關(guān)鍵技術(shù)研究”主要針對超精密量級的線位移、角位移同步測量的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，包括系統(tǒng)光機結(jié)構(gòu)設計和基于光開關(guān)的非線性誤差校正方法，課題的

2、主要研究工作與結(jié)論如下：
　　針對線位移與角位移同步測量的問題，提出了一種三光軸單頻激光干涉測量實現(xiàn)方法，基于瓊斯矩陣對現(xiàn)有光路設計進行理論分析，并在單頻激光干涉測量線位移原理的基礎上，給出三光軸測量系統(tǒng)角位移基本測量原理。首先要分析三光軸激光干涉測量時對激光分光空間特性的需求以及其對測量結(jié)果的影響，包括激光分光平行性的分析與仿真、光束調(diào)節(jié)機構(gòu)的設計和理論分析、以及激光分光平行性和偏振態(tài)的檢測；最終完成集成式系統(tǒng)光機結(jié)構(gòu)設計，包括

3、三軸分光機構(gòu)的設計與分析以及集成式測量系統(tǒng)的光機結(jié)構(gòu)設計。
　　針對傳統(tǒng)非線性誤差校正要求線位移一般大于半波長才能實現(xiàn)橢圓擬合建立校正模型的問題，研究一種新的校正方法，即通過在參考臂和測量臂加入光開關(guān)結(jié)構(gòu)，不要求測量過程中至少產(chǎn)生半個波長的線位移才能校正，只需要在單次測量初始開機并通過控制光開關(guān)得到初始狀態(tài)的各路直流偏置信號，在后期測量時結(jié)合初始采集的信號來實現(xiàn)非線性誤差的校正，基本實現(xiàn)消除直流偏置誤差和不等幅誤差，并對非正交誤差

4、進行校正，建立非線性誤差校正模型，從而實現(xiàn)角位移、線位移的精密測量。
　　最后，在課題綜合分析以及關(guān)鍵技術(shù)的研究基礎上，設計并研制三光軸集成式單頻激光干涉測量系統(tǒng)，并對線位移、俯仰角位移以及偏擺角位移這三個關(guān)鍵指標進行實驗，給出相應分辨力及測量范圍。實驗結(jié)果表明，本課題研制的三光軸集成式單頻激光干涉測量系統(tǒng)，其線位移測量分辨力可以達到3nm，距離200mm處線位移測量范圍為可以達到至少60mm；俯仰角分辨力為0.01″，距離100