【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及激光測(cè)量，具體涉及一種激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、激光干涉測(cè)量技術(shù)是以光波干涉原理為基礎(chǔ)的位移測(cè)量技術(shù)，具有非接觸測(cè)量、高精度和高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于位移、長度、角度、面形、介質(zhì)折射率變化、振動(dòng)等方面的測(cè)量。根據(jù)不同測(cè)量光路結(jié)構(gòu)，常用的干涉儀有邁克爾遜干涉儀、馬赫-澤德干涉儀、斐索干涉儀、塞曼-格林干涉儀等。
2、激光干涉儀以其測(cè)量精度高、測(cè)量距離長和使用方便等特點(diǎn)，是現(xiàn)代精密測(cè)量和精密加工中必不可少的測(cè)量系統(tǒng)，是飛機(jī)、潛艇、載人航天等大型精密制造領(lǐng)域大尺寸機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)最重要的長度測(cè)量和在線監(jiān)測(cè)儀器，廣泛應(yīng)用于線性位置、直徑、角度、平面度、直線度、速度、俯仰與偏擺等長度相關(guān)測(cè)量。此外，激光干涉儀還被普遍用于數(shù)控機(jī)床、加工中心的精確定位、現(xiàn)場監(jiān)控和加工補(bǔ)償領(lǐng)域。因此，激光干涉儀的精度溯源至關(guān)重要。
3、精度溯源是指將給定儀器的測(cè)量結(jié)果與國家或國際標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的能力，從而提供從標(biāo)準(zhǔn)到儀器的完整校準(zhǔn)鏈。這對(duì)于確保不同地點(diǎn)和不同時(shí)間的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性至關(guān)重要。
4、現(xiàn)有的激光干涉測(cè)量精度溯源方法通常采用比較法，將激光干涉儀的測(cè)量結(jié)果與經(jīng)過國家或國際標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)的參考儀器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，將標(biāo)準(zhǔn)的精度傳輸?shù)郊す飧缮鎯x，提供與標(biāo)準(zhǔn)的直接連接。例如，激光干涉測(cè)量精度溯源的常用方法是使用穩(wěn)頻激光器產(chǎn)生高度穩(wěn)定且可重現(xiàn)的激光光源，然后用基于穩(wěn)頻激光器的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀提供高度準(zhǔn)確和穩(wěn)定的參考測(cè)量，再將該參考測(cè)量與被校準(zhǔn)的激光干涉儀進(jìn)行的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果用于確
5、現(xiàn)有的激光干涉測(cè)量精度溯源一般采用搬運(yùn)被校準(zhǔn)的激光干涉儀到放置標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量比對(duì)，而標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀不能移動(dòng)到被校準(zhǔn)的激光干涉儀所在的測(cè)量現(xiàn)場，因此，在高精度干涉測(cè)量應(yīng)用中，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場測(cè)量的精度溯源。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的是提供一種激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)及方法。
2、本申請(qǐng)第一方面提供一種激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，包括：
3、原子鐘、飛秒光學(xué)頻率梳、擴(kuò)譜倍頻模塊、拍頻模塊和溯源處理模塊；其中，
4、所述原子鐘的輸出端與所述飛秒光學(xué)頻率梳的輸入端連接；
5、所述飛秒光學(xué)頻率梳的輸出端與所述擴(kuò)譜倍頻模塊的輸入端連接；
6、所述擴(kuò)譜倍頻模塊的輸出端與所述拍頻模塊的第一輸入端連接，所述拍頻模塊的第二輸入端與待測(cè)激光干涉儀的單頻穩(wěn)頻激光器的輸出端連接；
7、所述拍頻模塊的輸出端與所述溯源處理模塊的第一輸入端連接，待測(cè)激光干涉儀的輸出端與所述溯源處理模塊的第二輸入端連接。
8、一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述拍頻模塊包括第一1/2波片、第二1/2波片、1/4波片、偏振分光立方體、偏振片、光柵、反射鏡、孔徑光闌、光電探測(cè)器和射頻頻譜儀；其中，
9、所述拍頻模塊的第一輸入端依次經(jīng)過1/4波片、第一1/2波片與所述偏振分光立方體的第一輸入端連接；
10、所述拍頻模塊的第二輸入端經(jīng)過第二1/2波片與所述偏振分光立方體的第二輸入端連接；
11、所述偏振分光立方體的輸出端依次經(jīng)過偏振片、光柵、反射鏡、孔徑光闌、光電探測(cè)器與射頻頻譜儀連接。
12、一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述拍頻模塊還包括第一隔離器和第二隔離器；
13、其中，
14、所述拍頻模塊的第一輸入端經(jīng)過第一隔離器與1/4波片連接；
15、所述拍頻模塊的第二輸入端經(jīng)過第二隔離器與第二1/2波片連接。
16、一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述拍頻模塊還包括第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器；其中，
17、所述拍頻模塊的第一輸入端經(jīng)過第一隔離器、第一光纖準(zhǔn)直器與1/4波片連接；
18、所述拍頻模塊的第二輸入端經(jīng)過第二隔離器、第二光纖準(zhǔn)直器與第二1/2波片連接。
19、一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述原子鐘的頻率基準(zhǔn)為10mhz。
20、本申請(qǐng)第二方面提供一種激光干涉測(cè)量精度溯源方法，應(yīng)用第一方面種所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，所述方法包括：
21、將所述飛秒光學(xué)頻率梳發(fā)出的飛秒脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率鎖定在所述原子鐘的頻率基準(zhǔn)上；
22、所述擴(kuò)譜倍頻模塊對(duì)所述飛秒脈沖信號(hào)進(jìn)行頻譜展寬和光學(xué)倍頻，得到目標(biāo)波長的光頻分量，并進(jìn)行濾波后輸出；
23、所述拍頻模塊將待測(cè)激光干涉儀的單頻穩(wěn)頻激光器輸出的目標(biāo)波長的激光信號(hào)與所述擴(kuò)譜倍頻模塊輸出的目標(biāo)波長的光頻分量進(jìn)行拍頻，產(chǎn)生拍頻信號(hào)，對(duì)所述拍頻信號(hào)進(jìn)行采樣和拍頻頻率計(jì)算，得到所述拍頻信號(hào)的拍頻頻率數(shù)據(jù)；
24、所述溯源處理模塊將所述拍頻頻率數(shù)據(jù)與待測(cè)激光干涉儀輸出的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得到頻率變化量；
25、所述溯源處理模塊根據(jù)所述頻率變化量對(duì)待測(cè)激光干涉儀輸出的干涉測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度溯源，以將待測(cè)激光干涉儀的測(cè)量精度溯源到所述原子鐘的頻率基準(zhǔn)。
26、一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述拍頻模塊將待測(cè)激光干涉儀的單頻穩(wěn)頻激光器輸出的目標(biāo)波長的激光信號(hào)與所述擴(kuò)譜倍頻模塊輸出的目標(biāo)波長的光頻分量進(jìn)行拍頻，產(chǎn)生拍頻信號(hào)，對(duì)所述拍頻信號(hào)進(jìn)行采樣和拍頻頻率計(jì)算，得到所述拍頻信號(hào)的拍頻頻率數(shù)據(jù)，包括：
27、所述擴(kuò)譜倍頻模塊輸出的目標(biāo)波長的光頻分量輸入所述拍頻模塊的第一輸入端，待測(cè)激光干涉儀的單頻穩(wěn)頻激光器輸出的目標(biāo)波長的激光信號(hào)輸入所述拍頻模塊的第二輸入端；
28、所述目標(biāo)波長的光頻分量經(jīng)過1/4波片和第一1/2波片進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)整后進(jìn)入偏振分光立方體，所述目標(biāo)波長的激光信號(hào)經(jīng)過第二1/2波片進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)整后進(jìn)入偏振分光立方體，以在偏振分光立方體內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)光束的空間合束，輸出至偏振片；
29、通過旋轉(zhuǎn)偏振片將兩個(gè)偏振方向垂直的空間光束進(jìn)行起偏，使得兩光束偏振方向一致，從而產(chǎn)生拍頻信號(hào)；
30、使用光柵、反射鏡和孔徑光闌對(duì)所述拍頻信號(hào)進(jìn)行光譜分離和濾波，具有對(duì)應(yīng)光譜分量的拍頻信號(hào)由光電探測(cè)器探測(cè)后進(jìn)入射頻頻譜儀中進(jìn)行保存處理，所述光電探測(cè)器探測(cè)后得到所述拍頻信號(hào)的拍頻頻率數(shù)據(jù)。
31、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募す飧缮鏈y(cè)量精度溯源系統(tǒng)及方法，通過使飛秒光學(xué)頻率梳輸出光譜的重復(fù)頻率與原子鐘頻率基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)鎖定，然后通過頻譜展寬、光學(xué)倍頻、拍頻探測(cè)將飛秒激光光譜與干涉測(cè)量光源進(jìn)行拍頻，將獲取的拍頻信號(hào)與激光干涉測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源比對(duì)，將待測(cè)激光干涉儀的測(cè)量精度溯源到原子鐘頻率基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光干涉測(cè)量數(shù)據(jù)的溯源。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，利用原子鐘頻率基準(zhǔn)對(duì)波長進(jìn)行測(cè)量，具有更高的精度和分辨力，可以實(shí)現(xiàn)激光干涉測(cè)量數(shù)據(jù)精度的現(xiàn)場溯源。通過精度溯源，還提高了激光干涉測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
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1.一種激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，包括：原子鐘、飛秒光學(xué)頻率梳、擴(kuò)譜倍頻模塊、拍頻模塊和溯源處理模塊；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述拍頻模塊包括第一1/2波片、第二1/2波片、1/4波片、偏振分光立方體、偏振片、光柵、反射鏡、孔徑光闌、光電探測(cè)器和射頻頻譜儀；其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述拍頻模塊還包括第一隔離器和第二隔離器；其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述拍頻模塊還包括第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器；其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述原子鐘的頻率基準(zhǔn)為10MHz。
6.一種激光干涉測(cè)量精度溯源方法，應(yīng)用權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉測(cè)量精度溯源方法，其特征在于，所述拍頻模塊將待測(cè)激光干涉儀的單頻穩(wěn)頻激光器輸出的目標(biāo)波長的激光信號(hào)與所述擴(kuò)譜倍頻模塊
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，包括：原子鐘、飛秒光學(xué)頻率梳、擴(kuò)譜倍頻模塊、拍頻模塊和溯源處理模塊；其中，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述拍頻模塊包括第一1/2波片、第二1/2波片、1/4波片、偏振分光立方體、偏振片、光柵、反射鏡、孔徑光闌、光電探測(cè)器和射頻頻譜儀；其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述拍頻模塊還包括第一隔離器和第二隔離器；其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光干涉測(cè)量精度溯源系統(tǒng)，其特征在于，所述拍頻模塊還包括第一光纖...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：紀(jì)榮祎，潘映伶，高萌，祁勤，董登峰，周維虎，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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