提出一种外差干涉非线性误差修正方法,采用混频技术将光频信号降低到通用数据采集系统频率响应范围内;采用高速数据采集板实现外差干涉测量信号和参考信号双通道同步实时采集;对采集数据进行光滑处理,滤除高阶非线性误差;解出位移量对应的相位差.试验结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正双频激光干涉仪中存在的非线性误差,使外差干涉仪测量不确定度由原来的20nm降低到10nm.

纳米级和皮米级激光测距是光学技术中的重要一环,同时也是深空引力波探测实验所必须的技术。德国汉诺威的爱因斯坦研究所为此提出并实现了一种基于相位深度调制技术的外差式激光干涉仪,作为LISA计划测距系统的后备方案,在数值处理过程中使用了Levenberg-Marquardt非线性拟合方法作为干涉仪光学读出算法。探讨并展示了另外两种新的外差干涉仪光学读出拟合算法。第一种算法采用近似并迭代的数值方法将拟合过程分为两次迭代：第一次估算干涉仪的调制深度和调制相位,第二次线性迭代拟合干涉仪的相位和振幅。另外一种算法首先利用离散傅里叶变换计算频谱,然后从频谱中拟合出干涉仪的调制相位,之后采用高斯-牛顿迭代方法线性拟合调制深度、相位和振幅。在空气中长时间运行的结果显示,第一种拟合算法的连续测距误差小于0.24nm,第二种算法的...

通过理论推导得到一个消除外差激光干涉仪非线性的理论，只要改变干涉仪的结构，也就是增加光程倍数，就可以减小激光干涉仪的非线性误差。实验证明，这个方法可以有效地减小双频激光干涉仪的各种非线性误差，不论这个误差是一阶的还是二阶的，也不论是什么原因引起的。它不仅适应于科学实验研究，而且也适应于工业精密测量应用，对纳米测试技术的发展具有实际意义。

介绍了利用现场可编程门阵列(FPGA)来实现外差干涉仪动态数据采集的信号处理方案.在这套方案中,在锁存位置计数信息的同时,还可以启动两路模拟信号的A/D转换,并将结果写入缓存,实现了动态数据的采集.

分析了共光路外差干涉仪光路中几个组成元件的调整方法 ,包括入射光位置的调整、渥拉斯顿棱镜位置的调整、被测表面位置的调整等。

外差干涉是实现纳米精度长度测量的重要手段。采用电子倍频、混频、高频计数的方法可处理外差信号实现亚纳米分辨率，具有电路简单、能计大数的优点，但会引入电子信号的相位畸变，引入测量的动态误差。本文通过理论和实验分析了这一误差，表明在电子倍频中锁相环引起的相位畸变仅在亚纳米量级，但在混频环节中带通滤波器引入的相位畸变则可达几纳米，引入较严重的误差。本文通过采用低频差横向塞曼激光器产生３２０ｋＨｚ的外差信号

分析了亚纳米测量外差干涉仪光源的选择和建立，由于Ｈｅ－Ｎｅ激光器在一定的横向磁场下产生横向塞曼效应，直接输出一对正交线偏振光，且其拍频频率较低，成为适于亚纳米测量的激光源。描述了一种基于８０８９单片机的稳频系统，利用模型预测控制算法对此激光器实现了长达１０ｈ的稳频控制。实验表明此横向塞曼激光器的稳频精度达３．３８×１０＾－１０，所引入的最大非线性偏差为０．２６ｎｍ，表明它可用作亚纳米测量精度外差干

针对工业领域和计量界对定位精度要求的提高,提出了一种基于迈克尔逊干涉仪反向特性的定位控制方法。该方法采用相位锁定控制和外差干涉技术来完成位置测量和控制。在严格控制实验环境条件下,得到了步距值为5 nm的双向步进位移。步距值的不确定度为8×10^-9 nm,位移重复性误差小于1 nm。该定位方法的测量尺寸可直接溯源至长度标准,并且采用光电步进相移法可克服压电陶瓷的非线性和蠕变的机械缺陷。该方法在系统环境控制条件下适用于毫米行程位移,可应用于纳米计量和超精密加工等领域。

外差信号处理系统是外差干涉测量系统精度测量的重要组成部分。为了实现外差干涉的相位移测量，采用一种整数计数和小数计数相结合的外差信号相位测量方法，利用VERILOG语言编写整数计数以及小数计数模块程序，并进行了仿真验证，理论分析测量分辨率为（11π／375）rad。结果表明，该方案硬件实现电路简单、可移植性强，只需一个基于现场可编程门阵列的最小系统即可实现。