基于單頻正交線偏振光的激光波長測量方法研究.pdf

1、長度基準(zhǔn)是保證量值準(zhǔn)確和實現(xiàn)互換性的基礎(chǔ)，現(xiàn)行長度基準(zhǔn)采用光的波長作為長度單位。激光波長作為幾何測量的基準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于長度、角度、平面度、直線度和垂直度等幾何量的測量，是精密計量、精密機械和微電子工業(yè)領(lǐng)域重要的測量參數(shù)。因此精確地測量波長大小是保證幾何量測量準(zhǔn)確性和量值溯源的關(guān)鍵。
　　本文提出了一種基于單頻正交線偏振光的激光波長直接測量方法，在光路中構(gòu)建了兩套邁克爾遜干涉儀，通過壓電陶瓷驅(qū)動器調(diào)制兩套干涉儀的參考鏡，將對未知波

2、長的測量轉(zhuǎn)化為干涉條紋信號整周期計數(shù)和干涉信號相位差的測量。主要研究工作如下:設(shè)計了基于單頻正交線偏振光的激光波長測量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)，并結(jié)合光路結(jié)構(gòu)對測量原理進行了詳細(xì)分析;設(shè)計了信號預(yù)處理電路，用于調(diào)整輸出電壓范圍及改善電路輸出特性;利用級聯(lián)積分梳狀(Cascaded Integral Comb，CIC)數(shù)字濾波算法對信號進行濾波處理，從而改善了信號質(zhì)量;對造成相位差測量誤差的原因進行了分析并進行補償，從而實現(xiàn)了相位差的高精度測量;給

3、出了整周期計數(shù)方法及與小數(shù)計數(shù)整合的方法;利用整周期計數(shù)模塊對參考鏡運動方向進行判斷從而實現(xiàn)了在參考鏡特定的運動方向上對相位差進行測量;利用Visual Basic語言進行了上位機軟件的設(shè)計。
　　為驗證本文研制的基于單頻正交線偏振光的激光波長測量系統(tǒng)的有效性，分別進行了以下實驗:(1)相位差檢測及補償實驗，以10°為步長進行相位差檢測補償實驗，補償前相位差測量誤差平均值為2.38°，補償后相位差測量誤差平均值為0.22°。(2)

4、整周期計數(shù)值及與小數(shù)計數(shù)值整合實驗，以5 mm為步長進行了整小數(shù)結(jié)合實驗，整小數(shù)值與理論值差值的絕對值均小于0.5。(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗，進行了相位差連續(xù)測量實驗，在三十分鐘內(nèi)相位差變化較小，證明系統(tǒng)穩(wěn)定性良好。(4)測量鏡運動不同距離對波長測量精度影響實驗，分別進行了測量鏡運動100 mm、150 mm、200 mm、250 mm的波長測量實驗。波長測量不確定度分別為1.38×10-6、9.86×10-7、7.80×10-7、5.36