【摘要】：近年來(lái),隨著超精密加工和制造產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,激光干涉測(cè)量技術(shù)憑借其非接觸、高精度、可溯源等特點(diǎn)成為目前超精密位移測(cè)量和精確定位的主流技術(shù)手段。其中雙頻激光測(cè)量采用外差干涉測(cè)量原理,抗干擾能力更強(qiáng),測(cè)量精度更高,得到了廣泛的應(yīng)用,而雙頻激光器作為整個(gè)外差激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的核心部件,其性能好壞直接影響干涉測(cè)量的精度。本文針對(duì)傳統(tǒng)共軸雙頻激光干涉儀中雙頻光頻率混疊引入非線性誤差、雙頻光頻差范圍有限等問(wèn)題,研究一種雙頻光空間分離且頻差范圍可調(diào)的新型非共軸雙頻激光器,即雙光源鎖定式雙頻激光器。結(jié)合空間分離型干涉儀推導(dǎo)誤差模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)所研制的雙頻激光器的性能進(jìn)行驗(yàn)證。論文主要完成工作如下:(1)根據(jù)外差干涉測(cè)量原理結(jié)合空間分離型干涉儀結(jié)構(gòu),對(duì)頻率和頻差漂移引起的位移測(cè)量誤差進(jìn)行分析并建立誤差模型,揭示雙頻激光頻差相關(guān)參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響規(guī)律。綜合考慮電子細(xì)分誤差和測(cè)量光路結(jié)構(gòu),分析了納米精度干涉測(cè)量下對(duì)頻差鎖定準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的指標(biāo)需求;(2)針對(duì)雙光源鎖定系統(tǒng)中主、從激光器拍頻信號(hào)含有噪聲、幅值小且波形不理想等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了高精度、低漂移的偏頻信號(hào)預(yù)處理電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)頻段內(nèi)光拍頻信號(hào)的高精度濾波、放大和整形處理,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于多周期同步測(cè)頻法的高精度數(shù)字測(cè)頻模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)頻帶內(nèi)偏頻值的精確測(cè)量;(3)針對(duì)控制對(duì)象存在延時(shí)長(zhǎng)、控制慣性大等問(wèn)題,利用階躍辨識(shí)法獲取被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)其比例增益、熱慣性、時(shí)間延遲等相關(guān)參數(shù),設(shè)計(jì)了基于Smith-PI的頻差鎖定穩(wěn)頻控制算法,采用Simulink仿真工具箱進(jìn)行控制參數(shù)仿真,為實(shí)際的控制參數(shù)整定提供依據(jù)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了高精度數(shù)字穩(wěn)頻控制器,實(shí)現(xiàn)了從預(yù)熱控制、雙縱模熱穩(wěn)頻控制到頻差鎖定穩(wěn)頻控制的工作流程,保證了頻差鎖定的精度和復(fù)現(xiàn)性。搭建雙光源鎖定式雙頻激光器實(shí)驗(yàn)裝置,針對(duì)不同頻段的目標(biāo)頻差細(xì)調(diào)控制參數(shù),測(cè)試不同頻段頻差鎖定效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文所設(shè)計(jì)雙光源鎖定式雙頻激光器在以5MHz、10MHz、20MHz、30MHz、40MHz為預(yù)設(shè)目標(biāo)頻差時(shí),24h內(nèi)主、從激光器頻差抖動(dòng)范圍小于±90k Hz,雙頻光頻差相對(duì)激光標(biāo)稱頻率的穩(wěn)定度優(yōu)于3.8×10~(-10)/24h,滿足納米精度干涉測(cè)量下對(duì)頻差鎖定準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的指標(biāo)需求;
【圖文】：

和v0L，如圖1-2所示�？v向塞曼激光器輸出左旋和右旋圓偏振光，無(wú)法直接用于外差激光干涉測(cè)量，故一般先采用 1/4 波片將兩圓偏振光轉(zhuǎn)換成正交出射的線偏振光，頻差可達(dá) 4MHz，對(duì)應(yīng)最大測(cè)量速度為 1m/s[11]。代表性產(chǎn)品為美國(guó) Agilent 公司（原HP 公司）的 5517 系列和 ZYGO 公司的 7705 系列雙頻激光器。5517 系列雙頻激光器其真空波長(zhǎng)精度可達(dá) 1 10-7，短期頻率穩(wěn)定度為 2×10-9/1h，長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度可達(dá) 2 10-8/24h；7705 系列雙頻激光器其真空波長(zhǎng)精度為 2 10-7，短期頻率穩(wěn)定度為 1 10-8/1h

增益曲線與縱模分布示意圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2572457