精密激光测距光学及采集系统设计

论文摘要

随着现代制造技术精度的不断提高,发展纳米测量技术,建立纳米计量测试标准成为计量与测试技术中十分重要的课题.纳米测量技术是随着纳米及微米技术的发展而诞生的一门新兴学科,无论在精细机械加工与微型机电系统,还是在物理精密测量领域上,纳米测量技术都有着广泛的应用.现在能够实现纳米测量的方法主要有:电感电容测微仪、x射线干涉仪、外差式激光干涉仪、计量型扫描探针显微镜。本论文重点探讨了在纳米测量技术领域目前常用的双频激光外差干涉仪:（1）在选题阶段掌握和理解了各种激光外差干涉仪的光路结构和应用范围。提出了采用声光频移器的全光纤外差测距方法。（2）完成了干涉仪系统的光学参数设计,包括激光器功率,偏振度,线宽要求,同光路的设计原因和理论推导,并进行了干涉仪的光路调整和测量实验;（3）设计了基于PCI-6221数据采集卡的,采用定时采集的函数,以vc作为语言的界面设计初步模型;（4）对设计的各项光学参数（包括激光器功率,偏振度,线宽要求）进行了测量和实验,并给出了在频移量为10kHz的情况下,初步外差测量结果。本论文以全光纤双声光激光外差干涉仪为主,外差测距第一阶段已经接近完成,软件采集思路以及响应数据已经得到,精度方面已经可以达到nm级别,在国内处于领先水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 空间测距发展现状
• 1.3 课题的目的及意义
• 1.4 课题任务及系统配置
• 2 系统结构
• 2.1 系统原理
• 2.2 系统框图
• 2.3 光纤结构及器件
• 2.4 硬件部分采集电路
• 2.5 本章小节
• 3 光学部分设计
• 3.1 引言
• 3.2 单声光调制的激光外差干涉
• 3.3 双声光调制的激光外差干涉
• 3.4 光路系统部分参数的分析和设计
• 3.5 环境因素对光纤系统带来的影响
• 3.6 本章小节
• 4 软件设计
• 4.1 可视化编程设计简介
• 4.2 编程思路简介
• 4.3 数据采集程序设计
• 4.4 本章小节
• 5 实验结果和分析
• 5.1 激光器线宽的测量
• 5.2 测量激光耦合入光纤后的功率
• 5.3 外差实验的测量（初步实验）
• 5.4 本章小节
• 6 论文工作总结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附件1 数据采集卡PCI－6221 采集数据程序