基于外光反饋干涉的微小振動測量研究.pdf

1、隨著微機械技術(shù)和精細加工工藝的飛速發(fā)展，有關(guān)物體微小振動精確測量的研究工作引起了人們的廣泛關(guān)注。外光反饋干涉測量技術(shù)在微小振動測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，外光反饋干涉測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、光束易準直，解決了傳統(tǒng)光干涉測量系統(tǒng)光路復(fù)雜、尺寸龐大、敏感于準直等問題，是目前關(guān)注的熱點。 本文從Lang-Kobayashi速率方程和三鏡F-P腔模型出發(fā)，推導(dǎo)了統(tǒng)一的外光反饋干涉數(shù)學(xué)理論模型。針對外反射體產(chǎn)生微小振動的情況，建立了基于微

2、小振動的外光反饋干涉數(shù)值模型，并提出了一種新的基于外光反饋干涉的微小振動測量方法：重構(gòu)測量法。主要研究內(nèi)容為： (1) 仿真分析了外光反饋干涉的基本特性。包括反饋光相位對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，外光反饋強度對干涉信號傾斜的影響，以及不同微小振動方式下形成的外光反饋干涉信號的特點。 (2) 利用非線性最小二乘法達到數(shù)據(jù)合理論的最佳擬合，估計重構(gòu)測量法在測量過程中所需的參數(shù)：外光反饋強度和線寬展寬因子。 (3) 對現(xiàn)有的基

3、于外光反饋干涉測量微小振動的數(shù)條紋法和相位解析法以及新提出的重構(gòu)測量法做了數(shù)值仿真。將后者與前兩者進行對比，分析了重構(gòu)測量法的優(yōu)越性。 研究結(jié)果表明：外光反饋干涉信號具有傳統(tǒng)雙光束干涉相同的相位靈敏度；外光反饋強度越大，信號傾斜程度越大；振動位移增加時，信號向右傾斜，反之則向左傾斜。由于非線性最小二乘法可以幾乎無誤差地估算出外光反饋強度和線寬展寬因子，使得重構(gòu)測量法可以測量任意形狀的微小振動。與數(shù)條紋法相比，重構(gòu)測量法提高了測量

4、精度，測量誤差下降了1～2個數(shù)量級；與相位解析法相比，該方法提高了測量范圍。因此，基于外光反饋干涉的重構(gòu)測量法簡單易行，測量范圍大，測量精度高，測量誤差小，具有較高的實用參考價值。 為了對外光反饋干涉做深一步的研究，最后還探討了外光反饋干涉在多模狀態(tài)下的干涉條紋特點，求得三個激發(fā)模的外光反饋強度取值范圍，并對模的穩(wěn)定性進行了仿真分析。同時探討了多重反饋下的外光反饋干涉信號，表明反饋強度較弱時，可以忽略多重反饋，而當(dāng)反饋強度較強時