精密激光测距光学及采集系统设计

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1、华中科技大学硕士学位论文精密激光测距光学及采集系统设计姓名：徐思恩申请学位级别：硕士专业：光电信息工程指导教师：王英20080528摘要随着现代制造技术精度的不断提高，发展纳米测量技术，建立纳米计量测试标准成为计量与测试技术中十分重要的课题.纳米测量技术是随着纳米及微米技术的发展而诞生的一门新兴学科，无论在精细机械加工与微型机电系统，还是在物理精密测量领域上，纳米测量技术都有着广泛的应用.现在能够实现纳米测量的方法主要有：电感电容测微仪、x射线干涉仪、外差式激光干涉仪、计量型扫描探针显微镜。本论文重点探讨了在纳米测量技术领域目前常用的双频激光外差干涉仪:(1)在

2、选题阶段掌握和理解了各种激光外差干涉仪的光路结构和应用范围。提出了采用声光频移器的全光纤外差测距方法。(2)完成了干涉仪系统的光学参数设计，包括激光器功率，偏振度，线宽要求，同光路的设计原因和理论推导，并进行了干涉仪的光路调整和测量实验；(3)设计了基于PCI－6221数据采集卡的，采用定时采集的函数，以vc作为语言的界面设计初步模型；(4)对设计的各项光学参数（包括激光器功率，偏振度，线宽要求）进行了测量和实验，并给出了在频移量为10kHz的情况下，初步外差测量结果。本论文以全光纤双声光激光外差干涉仪为主，外差测距第一阶段已经接近完成，软件采集思路以及响应数据

3、已经得到，精度方面已经可以达到nm级别，在国内处于领先水平。关键词:外差干涉仪外差信号线宽PCI-6221数据采集卡IAbstractAstheimprovementofprecisionmanufacturing，thedevelopmentofnanotechnologymeasurementtechnology,theestablishmentofnano-measurementtestbecameaveryimportanttaskofmeasurementandtestingtechnology.Thedevelopmentofnanotechnolo

4、gyandmicrontechnologygivedabirthtonano-testingtechnology,whetherinfinemachiningandmicro-electromechanicalsystems,orinthefieldofphysicalprecisionmeasurement,nano-testingtechnologyhadawiderangeofapplications.Nowthemethodstomeasurenanois:ICPcapacitancemicrometer,x-rayinterferometer,hete

5、rodyneLaserInterferometer,measurementofSPM.Thispaperfocusedonthemeasurementtechnologyinthefieldofnanotechnologyusedinthecurrentdual-frequencylaserheterodyneinterferometer：(1)Allkindsofexistingsignalprocessandapplyingrangebasedonopticalheterodyneinterferometerwereanalyzedandresearched

6、，thenall-opticalfiberheterodyneinterferometeroftwo-frequencylaserwasputforward..(2)Finishedthedesignofopticalinterferometerstructureandoverallparameters,includelinewidth,laserpower,polarization,thereasonsofheterodyneinterferometeroftwo-frequencylaserwereanalyzed,thenadjustedandmeasur

7、edtheopticalsystem.(3)UsingPCI-6221datagatheringcardandtheVC++todesigntheinterfaceofdatagathering.(4)Weconductedasystematicmeasurementexperimenttoalltheopticalparameters,thenthefirstresultoftheopticalpathanalysisofheterodyneinterferometerwasputforword(with10kHzfrequencyshift).Mainlyu

8、singtheall-o