1 重庆理工大学机械工程学院，重庆 400054
2 成都光明光电股份有限公司，四川 成都 610000
划痕是光学玻璃常见的缺陷，会导致光束质量下降、光学玻璃热效应增强、抗激光损伤性能降低等，所以在加工过程中需要对其进行准确检测和表征。选取划痕深度值为70 nm的光学玻璃为检测样本，采用光干涉法通过光波加载光学玻璃划痕信息，接着对干涉条纹图像进行图像处理和边缘检测，获取划痕的实际深度值。实验证明，光干涉法测量划痕深度值为70 nm的光学玻璃时，相对误差低于1%。所提方法为光学玻璃加工过程中发现数十纳米级的划痕深度值提供了一种检测手段。
光学干涉 玻璃划痕 图像处理 边缘检测 激光与光电子学进展
2023, 60(16): 1618001
1 湖北工业大学 湖北省现代制造质量工程重点实验室，湖北 武汉 430068
2 湖北理工学院 电气与电子信息工程学院 精密光学测量实验室，湖北 黄石 435003
绝对距离测量在基础科学和技术研发领域的重要性日益彰显。由于传统的光学干涉绝对距离测量方法存在测量距离较短、“位相模糊”、易受噪声干扰等问题，计量学领域提出利用频率合成激光开展非光学干涉的绝对距离测量研究。尽管该方法实验装置简单、具有较强的抗噪声干扰能力、适用于大尺寸测量等优点，然而它对实验装置的工作频率带宽、精度具有较高的要求，先前的工作受限于以上条件，绝对距离测量精度为厘米量级。为进一步提高测距精度，提出一种溯源北斗时间基准的非光学干涉激光扫频测距方法。采用光纤电光调制器，代替空间声光调制器，激光频率扫描范围从10 MHz提高到100 MHz；采用北斗/GPS时钟作为信号源的外部基准，频率精度达到0.03 ppm (1 ppm=10−6)；采用电子学外差探测与自混频相结合的方案，将高频交流光电流信号解调出低频绝对距离信息，降低了环境噪声和电子学噪声。实验得到绝对距离测量结果9.8436 m，测量精度1.25 mm。该方法减小了设备时基频率误差对测量结果的影响，实现大尺度测量同时测距精度比先前的工作提高了一个数量级，具有广泛的应用前景。
绝对距离测量 GPS/BDS 无光学干涉 时基校准 absolute distance measurement GPS/BDS non-optical interference time base calibration 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220582
1 首都师范大学物理系, 北京 100089
2 中国计量科学研究院时间频率计量科学研究所, 北京 100029
介绍了一种自主搭建的测量落体在自由下落过程中旋转角速度的装置,评估了不同落体旋转角速度引入的旋转误差对重力测量的影响。针对具有旋转初速度的落体在真空腔内自由下落的运动模型,该装置采用光杠杆原理,将高精度位置传感器(PSD)作为光跟踪设备,研究并推导出落体由旋转所导致的反射光位移与下落时间的关系。然后,对PSD采集记录的时间位移曲线进行拟合,求解落体单次下落的旋转角速度值。在调整真空腔垂直度后,最大旋转角速度值可减小为16.88 mrad/s,引入的重力测值不确定度为0.57 μGal,即该状态下落体的释放更加平稳。实验表明,该装置不仅可以进一步提升绝对重力仪中落体传动机构的装调精度,还可以对光学干涉绝对重力仪工作过程中的落体姿态进行监测,进一步降低落体旋转所引入的测量不确定度。
测量 计量仪器 光学干涉绝对重力仪 落体旋转误差 光杠杆原理 角速度测量
1 中北大学 南通智能光机电研究院, 江苏 南通 226000
2 中北大学 仪器与电子学院, 山西 太原 030051
随着精密机械制造、高性能半导体器件加工等领域对位移检测要求的不断提高, 对于高性能微型位移传感器件的需求日益迫切。基于微纳光栅光学自成像效应, 提出了一种双光栅结构的光学位移检测方法。研究了~6.5μm周期微纳光栅的光强空间分布, 分析了双光栅结构光强透过特性, 并在实验中实现了1mm位移范围内的正弦信号输出。通过对输出信号进行100倍电学细分, 最终实现灵敏度为64.5nm的位移检测。所提方法具有光路简单、结构紧凑、稳定性高的特点, 可用于集成化高性能微位移传感器件与系统等应用。
微纳光栅 自成像效应 光学干涉 位移检测 光学传感 optical micrograting Self-imaging effect optical interference displacement measuring optical sensing
光子学报
2021, 50(12): 1210002
1 中国计量科学研究院时间频率计量科学研究所, 北京 100029
2 国家市场监管总局时间频率计量基准重点实验室, 北京 100029
绝对重力仪是直接开展绝对重力测量的精密计量仪器。绝对重力测量是指对地球表面重力加速度值的直接测量,其在地球科学和计量科学等领域都有十分重要的应用。历史上最早的绝对重力测量约在1590年。1590~1960年,主要利用摆仪的摆长和自由摆周期来开展绝对重力测量。自1960年起,随着激光技术的发明,高精度绝对重力测量有了新的发展,人们开始利用宏观物体自由运动(自由下落或上抛)的方法开展绝对重力测量,形成了激光干涉绝对重力仪。1991年,美国斯坦福大学朱棣文教授小组首次利用冷原子团的自由运动进行绝对重力测量,实现了第一台原子干涉绝对重力仪。中国计量科学研究院是我国最早开展绝对重力仪研制的单位,本文结合中国计量科学研究院绝对重力仪研制经验,综述了激光干涉绝对重力仪和原子干涉绝对重力仪的技术发展,尤其是激光技术的发明对绝对重力仪的技术发展带来的革命性技术变革。
原子与分子物理学 重力加速度 绝对重力测量 绝对重力仪 光学干涉 激光冷却 原子干涉
翻新电子元器件存在重大质量隐患，对航天装备的质量和安全构成了严重威胁。为了确保装机电子元器件的质量和可靠性，结合翻新元器件的特点，提出了一种鉴别翻新元器件的无损检测方法。首先，阐述了翻新元器件的检测方法和原理，即通过光学干涉法定量测量器件上下表面的粗糙度，并根据二者之间的差异来判断器件表面是否经过翻新处理。然后，采用该方法对正常元器件和翻新元器件的表面粗糙度差异进行对比检测分析，并进行不确定度评定。结果表明，该方法可用于对翻新元器件进行高效准确鉴别。这为全面提升航天电子元器件的质量提供了新的检测手段。
翻新元器件 鉴别方法 表面粗糙度 光学干涉法 无损检测 refurbished components identification method surface roughness optical interferometry nondestructive measurement
清华大学 机械工程系 摩擦学国家重点实验室&精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室, 北京 100084
超精密平面光栅编码器位移测量技术是32~7 nm节点浸没式光刻机的核心技术。通过分析浸没式光刻机平面光栅位置系统的需求和布局, 提出了光刻机专用超精密平面光栅编码器的基本需求。针对现有的光栅编码器, 开展了基本测量光路方案、相位探测方案、分辨率增强光路方案、离轴/转角允差光路方案、死程误差抑制光路方案的综述分析, 提出了现有设计方案面向光刻机应用所需要解决的关键问题。面向亚纳米级测量精度的需求, 针对光栅编码器的仪器误差, 对周期非线性误差、死程误差、热漂移误差和波前畸变误差进行了综述分析, 提出了平面光栅编码器实现亚纳米精度所需要解决的关键问题。本综述为光刻机专用超精密平面光栅编码器的研制提供了参考。
浸没式光刻机 光学干涉式光栅编码器 位移测量 immersion lithography scanner optical interferential grating encoder displacement measurement
北京交通大学 理学院 光电信息科学与工程实验室, 北京 100044
研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔, 每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤, 三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件, 光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉, 以及干涉信号的相位小数重合方法, 实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量, 三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中, 两相邻波长间距约为10 nm.系统对公称高度为11 mm 修正值不大于2.7 μm的台阶高度进行测量, 测量结果为11.000 059 mm.对13.000 090 mm 绝对距离重复测量20次的标准差为4.4 nm.
光纤传感 多波长激光 光学干涉 自混合干涉 绝对距离测量 台阶测量 掺铒光纤激光器 Optical fiber sensing Multiplewavelength laser Interferometry Selfmixing interferometry Absolute distance measurement Height measurement Erbiumdoped fiber laser
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
3 上海理工大学 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
光学平面的干涉检测发展至今,检测精度已经大大提高,而高精度的平面检测很大程度上受限于参考平面的精度,针对参考平面面形对检测结果的影响,利用绝对平面检测方法,通过多次测量以达到消除参考平面偏差的目的。从测量方式和计算方法两个方面分析了不同绝对平面检测方法的原理,介绍了最新发表的相关成果以及研究动态,并对比了检测结果。这些检测方法已经精确到像素级,并通过多种计算方法使得峰谷(PV)值的计算精度大部分达到了λ/100。
光学干涉测量 绝对平面检测 面形精度 optical interferometry absolute flatness testing surface accuracy
