正弦相位调制型激光自混合干涉位移测量技术的研究

论文摘要

激光自混合干涉技术是一种新兴的传感技术,相对于传统的激光干涉方法,激光自混合干涉技术具有结构简单,紧凑,易准直,不依赖光学相干长度等特点,在振动测量、位移测量以及速度测量等方面得到了广泛应用。为了改善自混合干涉仪的位移测量分辨率,研究人员围绕自混合干涉系统的调制解调方法开展了大量研究。其中正弦相位调制（SPM）干涉测量技术具有精度高、在实际系统中易于实现等优点,非常适合于大范围、高速的位移测量。利用置于自混合干涉仪外腔中的电光晶体对He-Ne激光器光束进行正弦相位调制,采用FFT分析技术对相位进行解调。实验过程中,通过对比位移测量结果与压电陶瓷运动参数的一致性验证了测量方法的可行性。为了能够更好的评估正弦相位调制型自混合干涉仪的位移测量性能,设计了基于Agilent 5529A校准仪的正弦相位调制型激光自混合干涉仪测量系统。分别在毫米、微米及纳米尺度下,对比了正弦相位调制型自混合干涉仪和Agilent 5529A校准仪的位移测量结果,实验结果表明：在普通的实验室噪声环境中,自混合干涉仪在毫米范围内的位移测量精度在亚微米量级,在微米和纳米范围内的位移测量精度分别可以达到18 nm和7nm。为了使仪器更加实用化,本文设计了猫眼逆向器作为仪器的靶镜,大大降低了仪器的调节难度。并用CAD软件设计和加工了仪器外壳,使干涉仪更便于安装和携带。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 激光自混合干涉技术的研究意义
• 1.2 激光自混合干涉技术的发展需求
• 1.3 激光自混合干涉调制技术及研究进展
• 1.3.1 电流调制技术
• 1.3.2 相位调制技术
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文的研究意义及主要研究内容
• 第2章 激光自混合干涉效应原理分析与实验研究
• 2.1 前言
• 2.2 激光自混合干涉效应理论模型
• 2.3 激光自混合干涉效应模拟分析
• 2.4 激光自混合干涉效应实验观察
• 2.4.1 实验装置
• 2.4.2 实验结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 正弦相位调制型激光自混合干涉仪位移测量技术研究
• 3.1 前言
• 3.2 正弦相位调制型激光自混合干涉仪位移测量原理及仿真分析
• 3.2.1 位移测量原理
• 3.2.2 仿真分析
• 3.3 正弦相位调制型激光自混合干涉系统位移测量的实现
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 数据采集与处理
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 正弦相位调制自混合干涉仪位移测量标定系统及实用化设计
• 4.1 前言
• 4.2 标定系统
• 4.2.1 Agilent 5529A校准仪标定模块
• 4.2.2 实验系统光路搭建
• 4.3 仪器实用化设计
• 4.3.1 仪器靶镜设计
• 4.3.2 仪器外壳设计
• 4.4 实验结果与误差分析
• 4.4.1 实验结果
• 4.4.2 误差分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 读研期间研究成果及荣誉
• 致谢