双波长光纤干涉台阶高度在线测量研究

摘要

本文提出了一个适合台阶高度测量的大量程高精度双波长光纤干涉在线测量系统。采用光纤布拉格光栅作为光纤内置反射镜，使两束波长不同的激光在同一干涉仪中同时独立干涉，各自的干涉信号同时分别被检测到。处理测量系统检测到的四个干涉信号的相位，可得到干涉仪光程差的变化量，即台阶高度。利用反馈回路补偿环境扰动引起的影响，使系统足够稳定，适合在线测量。采用双波长干涉仪使测量跨度达到亚纳米至大于1mm的合成波半波长;采用光纤迈克尔逊高相干度干涉仪使测量分辨率低于1nm;测量高度1mm的量块，标准偏差为0.6nm。

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致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 探针扫描测量

1．2．2 非光学扫描显微镜

1．2．3 光学共焦测量

1．2．4 光学干涉测量

1．2．5 现有测量技术优缺点

2 测量系统理论基础

2．1 光纤迈克尔逊干涉仪

2．1．1 测量原理

2．1．2 该测量技术的优势与劣势

2．2 自动控制理论概述

2．2．1 概述

2．2．2 反馈及反馈控制

2．2．3 PID控制原理

2．3 关键器件

2．3．1 光纤耦合器

2．3．2 光纤准直器

2．3．3 光纤环形器

2．3．4 压电陶瓷叠堆执行器

2．3．5 光纤布拉格光栅FBG

2．4 表面形貌测量

3 测量系统原理分析

3．1 双波长迈克尔逊干涉仪分析

3．2 自动相位跟踪补偿系统分析

3．2．1 自动相位跟踪补偿器

3．2．2 二阶积分反馈电路

3．2．3 反馈回路传递函数

3．2．4 反馈回路稳定性验证

3．3 台阶高度测量分析

3．4 测量系统的新颖性

4 实验结果

4．1 反馈回路评价

4．2 测量系统评价

5 结论

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

作者简历

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