基于外光反饋干涉的微小振動(dòng)測(cè)量研究.pdf

1、隨著微機(jī)械技術(shù)和精細(xì)加工工藝的飛速發(fā)展，有關(guān)物體微小振動(dòng)精確測(cè)量的研究工作引起了人們的廣泛關(guān)注。外光反饋干涉測(cè)量技術(shù)在微小振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，外光反饋干涉測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、光束易準(zhǔn)直，解決了傳統(tǒng)光干涉測(cè)量系統(tǒng)光路復(fù)雜、尺寸龐大、敏感于準(zhǔn)直等問題，是目前關(guān)注的熱點(diǎn)。 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(duì)外反射體產(chǎn)生微小振動(dòng)的情況，建立了基于微

2、小振動(dòng)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(dòng)測(cè)量方法：重構(gòu)測(cè)量法。主要研究?jī)?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(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，外光反饋強(qiáng)度對(duì)干涉信號(hào)傾斜的影響，以及不同微小振動(dòng)方式下形成的外光反饋干涉信號(hào)的特點(diǎn)。 (2) 利用非線性最小二乘法達(dá)到數(shù)據(jù)合理論的最佳擬合，估計(jì)重構(gòu)測(cè)量法在測(cè)量過程中所需的參數(shù)：外光反饋強(qiáng)度和線寬展寬因子。 (3) 對(duì)現(xiàn)有的基

3、于外光反饋干涉測(cè)量微小振動(dòng)的數(shù)條紋法和相位解析法以及新提出的重構(gòu)測(cè)量法做了數(shù)值仿真。將后者與前兩者進(jìn)行對(duì)比，分析了重構(gòu)測(cè)量法的優(yōu)越性。 研究結(jié)果表明：外光反饋干涉信號(hào)具有傳統(tǒng)雙光束干涉相同的相位靈敏度；外光反饋強(qiáng)度越大，信號(hào)傾斜程度越大；振動(dòng)位移增加時(shí)，信號(hào)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(qiáng)度和線寬展寬因子，使得重構(gòu)測(cè)量法可以測(cè)量任意形狀的微小振動(dòng)。與數(shù)條紋法相比，重構(gòu)測(cè)量法提高了測(cè)量

4、精度，測(cè)量誤差下降了1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；與相位解析法相比，該方法提高了測(cè)量范圍。因此，基于外光反饋干涉的重構(gòu)測(cè)量法簡(jiǎn)單易行，測(cè)量范圍大，測(cè)量精度高，測(cè)量誤差小，具有較高的實(shí)用參考價(jià)值。 為了對(duì)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(diǎn)，求得三個(gè)激發(fā)模的外光反饋強(qiáng)度取值范圍，并對(duì)模的穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真分析。同時(shí)探討了多重反饋下的外光反饋干涉信號(hào)，表明反饋強(qiáng)度較弱時(shí)，可以忽略多重反饋，而當(dāng)反饋強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)