《基於混合型光纖干涉的微納米測量技術的研究》是依託南京師範大學，由王鳴擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：基於混合型光纖干涉的微納米測量技術的研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：王鳴
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目圍繞納米製造學科中幾何量和機械量計量的科學問題，探索原創性的雷射納米測量的新方法。旨在建立微納機電系統製造過程中位移和振動量的精確表征與計量方法，為納米製造技術走自主創新之路提供新型的微納米測試計量儀器。本項目從雷射源、干涉方法和光路結構進行測量技術的創新，研究混合型光纖干涉方法（雷射自混合和F-P光纖複合干涉）以及用於微納機電系統的微納米測量技術。把雷射自混合干涉理論和光纖F-P干涉技術結合，用單模光纖將DFB雷射器、光電探測器和無源器件（WDM、FBG和耦合器）組合成為測量納米位移的干涉探頭，使干涉儀具有撓性和小型化的優點，可以實現微納機電系統的微納米級位移的實時跨尺度測量，位移測量精度可達到1納米。這些研究結果將構成新的系統的混合型光纖干涉理論與技術。對於發展新型的納米測試計量儀器具有重要的科學意義和研究價值。
結題摘要
本項目從雷射源、干涉方法和光路結構進行測量技術的創新，探索原創性的雷射納米測量的新方法。研究混合型光纖干涉方法（雷射自混合和F-P光纖複合干涉）以及用於微納機電系統的微納米測量技術。雖然雷射自混合干涉系統具有結構簡單、易準直等優點，但是干涉信號偏離正弦，影響測量準確性和量值溯源。本項目把雷射自混合干涉、F-P 干涉以及相位調製技術結合，實現微納米級位移的實時跨尺度測量，位移測量精度可達到1納米。和光纖技術結合，用單模光纖將DFB雷射器、光電探測器和無源器件（WDM、FBG和耦合器）連線成為測量位移的探頭，使干涉儀具有撓性和小型化的優點。本文主要的創新點有： 1、提出了一種基於光纖雷射器自混合干涉效應的高精度微位移測量方法。採用光纖雷射器作為系統光源，利用光纖相位調製器對光束進行正弦相位調製。理論分析了環形腔光纖雷射器自混合干涉信號的正弦相位調製和傅立葉變換解調算法，並對相位調製不穩定性及外腔多重反饋對測量結果的影響進行了討論。系統的位移測量精度達到λ/20，穩定、可靠，在雷射測量和感測領域極具潛力。 2、結合雷射自混合干涉理論和F-P干涉技術，提出和研究了雷射自混合和F-P的複合干涉技術。用雷射自混合干涉和傅立葉變換方法實現亞微米級位移的實時測量，用F-P干涉儀實現納米級位移的實時測量。設計了一種基於F-P腔干涉的強度解調型微位移感測器。基於一次諧波腔長鎖定技術，利用電光晶體在F-P腔內直接調製光束的相位，對初始腔長進行動態鎖定，實現待測目標微小位移的實時精確測量。採用強度解調方法，有效地提高了測量系統的頻寬範圍，實驗測量結果表明，系統在λ/4的振幅範圍內可以獲得優於1nm的測量精度。 3、研製了相位調製型雷射自混合干涉儀，實現了儀器創新。用電光晶體對雷射束進行正弦相位調製，採用高精度相位解調技術（含時域解調和頻域解調）分析信號。該干涉儀調製精度高、穩定性好，無附加光強變化，實現了大尺度高解析度的位移和距離測量。在300mm範圍內不確定度為0.2μm，而在100μm範圍內不確定度為10nm，該干涉儀適用於微納機電系統製造過程中要求大量程和納米級測量解析度的場合。 提出的混合型干涉方法把雷射自混合干涉理論和光纖F-P 干涉技術結合，用自混合干涉和相位調製方法實現亞微米級位移的實時測量；用F-P 干涉儀追蹤微小的振動信號和強度法，實現納米級位移的實時測量。
