激光合成波長納米位移測量干涉儀的非線性誤差分析與補(bǔ)償方法研究.pdf

1、近年來,隨著微電子、超精密加工等高新技術(shù)的迅速發(fā)展,對納米位移測量技術(shù)及儀器提出了既要測量范圍大又要同時(shí)達(dá)到納米級測量精度的要求。本論文依托于“激光合成波長納米位移測量干涉儀的研制”國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50827501),就激光合成波長納米位移測量干涉儀的非線性誤差和補(bǔ)償方法、空氣折射率測量和波長修正技術(shù)展開研究,旨在進(jìn)一步完善激光合成波長納米位移測量干涉儀的技術(shù)性能。
　　 論文在描述了激光合成波長納米位移測量干涉儀的

2、測量原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基于DSP的信號(hào)處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,建立了激光合成波長納米位移測量干涉儀非線性誤差計(jì)算模型,得出了一個(gè)新形式的偏振分量轉(zhuǎn)換的Jones矩陣,并應(yīng)用于激光合成波長納米位移測量干涉儀的非線性誤差分析中。
　　 論文對激光合成波長納米位移測量干涉儀的非線性誤差進(jìn)行了理論分析和仿真研究,分析結(jié)果表明:①激光器偏振態(tài)引入的非線性誤差大小與偏振光的偏差角有關(guān),偏差角為1.7°時(shí)非線性誤差為0.09nm;偏差角為5.7°時(shí)非

3、線性誤差為1nm。②偏振分光鏡的偏振泄漏與非正交誤差、角錐棱鏡的偏轉(zhuǎn)角誤差小于0.05nm。③在50μm測量范圍內(nèi),偏振分光鏡的安裝誤差主要來自非測量臂中的偏振分光鏡,安裝誤差大于8°時(shí)非線性誤差達(dá)到幾納米到幾十納米;安裝誤差為5°時(shí)非線性誤差約為2nm,安裝誤差為1°時(shí)非線性誤差小于1nm;④鍍銀膜型角錐棱鏡非線性誤差為0～0.38nm,鍍鋁膜型角錐棱鏡的非線性誤差為0.05～O.1nm。在非線性誤差分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套新型的

4、激光合成波長干涉光路,在偏振分光鏡安裝角度誤差小于5°的情況下,將偏振分光鏡安裝誤差導(dǎo)致的非線性誤差減小到原有誤差的1/3～1/30。
　　 論文設(shè)計(jì)并研制了測量空氣折射率的硬件電路和軟件系統(tǒng),并對研制的空氣折射率測量裝置的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在以13μm、3mm、5mm和8mm為步長的實(shí)驗(yàn)中,波長修正前平均誤差為:-4.42nm、-0.6μm、-0.78μm和-2.27μm。波長補(bǔ)償后平均誤差為0.91nm、0.