激光干涉仪课程设计报告--一种高分辨率双频激光干涉仪设计.doc

一种高分辨率双频激光干涉仪设计 双频激光干涉仪技术现状与国内外概况 2 总体方案设计 6 总体框图 6 双频激光干涉测量系统组成 6 测量电路设计 9 1）初级光电转换 9 2）初级调理电路 9 3）差分转换和放大电路 10 4）波形转换电路 11 5）细分电路 12 6）同步器电路 14 7) 连续计数模块 15 8）显示电路 17 系统电路总图(部分连线使用网络标号) 19 软件设计 20 1)first piece： 20 2)second piece： 20 总结与展望 25 系统最大的特点及优势 25 误差分析与补偿 25 综述 25 经验总结 26 参考文献 27 双频激光干涉仪技术现状与国内外概况 激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，随着现代科技的不断进步，激光技术已渐渐地被人们所接受和认同。随着激光干涉测量技术日渐成熟，激光的应用领域也已十分广泛，几乎涉及到当今科技的各个方面。尤其是在激光加工、激光测量、军事上的应用更是显现出极大的优势与潜力。 激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展。激光干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。激光干涉仪有单频的和双频的两种，单频的是在20世纪60年代中期出现的，最初用于检定基准线纹尺，后又用于在计量室中精密测长。而双频激光干涉仪的发明使激光干涉仪最终摆脱了计量室的束缚，更为广泛的应用于工业生产和科学研究中。 双频激光干涉仪是七十年代初期由美国HP公司首先推出的，至八十年代中期十几年时间内几乎垄断了世界市场。双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，，，，双频激光干涉仪是目前精度最高、量程最大的长度计量仪器，可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块量杆刻尺和坐标测量机等，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度．直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。双频激光干涉仪以其良好的性能、在很多场合，特别是在大长度与大位移的精密测量中得到广泛应用。耶拿尔（JENAer）耶拿尔（JENAer）公司ZLM700双频激光干涉仪使用氦氖激光器，采用双频外差式工作模式。激光稳频精度为0.002ppm，640MHz的频差用于信号处理。这种高频处理信号能够对高速物体进行测量，不会出现干扰误差，信号延时时间极短。采用光纤电缆，把来自干涉镜的信号传输到计算机卡槽连接的电子计数器上，避免了外部电磁环境对测量信号的干扰。因此，ZLM700双频激光干涉仪ZLM700长度测量应用的光路图特别适用于恶劣的生产环境、标准化实验室和高真空环境。 图1-ZLM700长度测量应用的光路图 ZLM700主要参数 型号：ZLM700 使用高性能数据处理器AE950 PCI He-Ne激光平均波长： 632.8 nm 激光稳频精度： 一小时2x10-9（±0.002ppm）寿命内2x10-8（±0.02ppm） 系统精度（0-40时）： ±0.4ppm 线性测量距离： 40m，可扩展为120m 直线度测量范围： ± 5mm，2m或10m行程，选用角度干涉仪可测30m行程 最大速度： 4m/s，可选16m/s80rad/s，角速度 最高采样频率： 内部1MHz，外部40MHz 直线度测量分辨率： 36nm，10m行程7.25nm，2m行程 直线度测量精度： ±0.5%实测值，2m行程± 2.5%实测值，10m行程 工作环境： 温度：15°C-30°C湿度：90%无冷凝 He—Ne激光器生产尚未成熟，全内腔稳频激光器也无生产厂家，所以各单位都从开发激光器着手，并在七十年代后期都相继试制出双频激光干涉仪。但由于激光器工艺不过关，激光器的寿命短，影响了仪器的推广使用。八十年代中后期，由于热稳频技术的日趋成熟，利用普通高寿命激光器作为干涉仪光源成为可能，提供了一条解决激光器寿命的途径。 目前我国的双频激光干涉仪主要产品是成都工具研究所有限公司MJS系列激光干涉仪MJS系列激光干涉仪测量技术在不断的发展，更新换代。高精度目前半导体工艺的典型线宽为0.25μm，并正向0.18μm过渡，2009年的预测线宽是0.07μm。如果定位要求占线宽的1/3，那么就要求10nm量级的精度，而且晶片尺寸还在增大，达到300mm。这就意味着测量定位系统的精度要优于3×10的-8次方，相应的激光稳频精度应该是10的-9次方数量级。高速度目前加工机械的速度已经提高到1m/sec以上，上世纪80年代以前开发研制的仪器已不适应市场的需求。例如惠普公司的干涉仪市