加速計耦合雷射自混合干涉儀微納米測量關鍵技術研究

《加速計耦合雷射自混合干涉儀微納米測量關鍵技術研究》是依託南京師範大學，由郭冬梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：加速計耦合雷射自混合干涉儀微納米測量關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭冬梅
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

雷射自混合干涉儀以其固有的結構簡單、緊湊、易準直等特點而備受矚目。已見報導的雷射自混合干涉微位移測量技術多用於實驗室計量。為了使其工作更可靠, 更能適合加工現場環境的測量, 在前期研究的基礎上，本項目創新性的將半導體雷射自混合干涉技術和MEMS加速度計相結合，擬研製一種MEMS加速計耦合半導體雷射自混合干涉儀，可以同時滿足微納米級位移測量的高精度、微型化和現場化的要求。為了提高自混合干涉的位移測量精度，將正弦電流調製技術引入自混合干涉。研究相位解調方法，實現高精度的微納米級位移實時測量。為了滿足微型化和現場測量的要求，利用固定在半導體雷射器上的MEMS加速計測量由外部干擾帶來的干涉儀本身的振動，對微位移測量的結果進行校正。研究成果將為半導體雷射自混合干涉位移感測系統的實用化道路提供有益的參考。

結題摘要

雷射自混合干涉儀以其固有的結構簡單、緊湊、易準直等特點而備受矚目。傳統的雷射自混合干涉儀以雷射波長作為測量的基準，但在自混合干涉中，反饋強度高會引起雷射器輸出波長的較大波動，帶來較大的測量誤差。傳統雷射自混合干涉對測量環境和反饋強度等具有非常苛刻的要求，一般用於實驗室測量環境，這一問題也成為阻礙雷射自混合干涉測量技術實用化的一個重要因素。本項目解決了雷射自混合干涉實際套用過程中存在兩個主要問題，並進行一些擴展研究。主要研究內容有：1. 將光柵干涉的思路引入雷射自混合干涉中，設計並實現一種新型的雷射自混合光柵干涉系統。通過在雷射自混合干涉中引入衍射光柵，使自混合干涉的測量基準由波長變為相對穩定的光柵的柵距，大大提高系統對外部環境的適應能力，同時由於衍射效率的限制，使得自混合干涉自動工作在弱反饋條件下，無需額外的控制光反饋量，解決了長期以來阻礙雷射自混合干涉測量技術實用化道路的一個重要因素；2. 基於提高自混合干涉系統測量精度的考慮，將調製解調技術引入干涉信號的分析中。提出了電流調製、相位調製、 共振型相位調製三種方法。研究了相應的信號解調方法，對調製參數進行了最佳化分析，通過調製解調技術的引入，將雷射自混合干涉的位移測量精度提高至10納米以下；3.研製了MEMS加速計耦合半導體雷射自混合干涉儀，利用固定在半導體雷射器上的MEMS加速計測量干涉儀本身的寄生振動，對自混合干涉儀微位移測量的結果進行校正，在100μm範圍內實現了50nm以下的測量精度；4. 提出了MEMS加速計信號的雷射自混合光柵干涉測試法，測試結果顯示基於低成本、高穩定性的半導體雷射自混合光柵干涉測試系統，實現了對MEMS加速度計的高精度測試；5.進行了雷射自混合干涉套用的相關擴展研究，提出了基於雙頻雷射自混合干涉的都卜勒速度測量法。引入了基於鎖相放大器的mHZ信號處理方法來提高速度測量的解析度以及辨別速度的方向，獲得了0.03mm/s的平均測量解析度。