计量用高精度全息柱面位相光栅制作技术研究

摘要

柱面光栅作为一种计量光栅广泛应用于接触式表面轮廓测量仪中。随着超精密机械加工向亚微米、纳米级精度发展，对接触式表面轮廓测量仪提出了大量程和高分辨率要求。而全息柱面位相光栅作为该测量仪的标准器，决定着仪器的分辨率，柱面光栅的质量技术参数及其精度对接触式表面轮廓测量仪的测量准确性及测量精度有着直接影响。
　　本文结合柱面光栅的应用及光栅的相关衍射理论对柱面光栅全息制作过程中产生的误差及柱面光栅参数误差对测量精度的影响展开了研究和分析。其主要研究内容和取得的研究成果如下：
　　(1)分析了柱面光栅在表面形貌测量过程中的工作原理，建立了测量系统输出信号与表征光栅质量的技术参数之间的对应关系。
　　(2)根据光栅的标量衍射理论和严格耦合波理论分别对光栅的主要参数误差如周期误差、占空比误差、槽深误差、面型误差进行了分析，明确了柱面光栅的主要误差源（周期误差、占空比误差）及相应的工艺容差范围，为高精度柱面光栅的工艺制作提供了依据。
　　(3)建立了柱面光栅的全息记录过程中光栅线密度分布以及累积误差计算的数学模型，针对平行光（平面波）记录方式提出了分段式拼接曝光的制作方法，该方法能有效提高柱面光栅线密度分布的一致性；针对点光源（球面波）记录方式通过优化记录点位置可使柱面光栅在全长累积误差为零。

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第一章 绪论

1.1目的与意义

1.2表面形貌测量技术

1.3光栅测量技术

1.4.本文的主要研究内容

第二章 光栅测量技术理论

2.1光栅测量技术的理论基础

2.2莫尔信号正交细分原理

2.3莫尔信号质量评价指标

2.4 柱面光栅干涉测量系统

本章小结

第三章 光栅误差分析

3.1.周期误差分析

3.2占空比、槽深误差分析

本章小结

第四章 高精度全息柱面位相光栅

4.1 光栅的全息记录

4.2柱面光栅全息记录过程建模

4.3评价函数的确定

4.4 对称点光源记录分析

4.5非对称点光源记录分析

本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文工作总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢