激光外差干涉儀相位計(jì)的設(shè)計(jì)

樂燕芬，李霄夏，句愛松

激光外差干涉儀相位計(jì)的設(shè)計(jì)

樂燕芬，李霄夏，句愛松

（上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海200093）

外差信號(hào)的比相處理是決定外差干涉儀精度、分辨率等性能的重要因素。為了解決比相計(jì)的分辨率和檢測(cè)速度之間的矛盾，采用比相方法進(jìn)行了測(cè)量原理、應(yīng)用特點(diǎn)及局限性的理論分析，給出了相應(yīng)的解決方案。結(jié)果表明，基于現(xiàn)場可編程門陣列的整周期采樣可以提高自相關(guān)方法的測(cè)量精度，混頻過零檢測(cè)方法可以提高測(cè)量速度。

測(cè)量與計(jì)量；外差干涉；比相計(jì)；相位測(cè)量

引 言

激光外差干涉是在干涉測(cè)量的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)60年代開始提出。由于干涉時(shí)使測(cè)量光與參考光產(chǎn)生一個(gè)微小頻率差Δω，使得干涉信號(hào)成為頻率為Δω的正弦信號(hào)。通過檢測(cè)不同點(diǎn)此正弦信號(hào)的相位即可測(cè)得物體表面的形狀、位置偏移等。由于其測(cè)量分辨率高、準(zhǔn)確度高及非接觸等特點(diǎn)，使激光外差技術(shù)在需要高精度檢測(cè)的微加工、微制造領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

激光外差的高精度測(cè)量主要取決于兩個(gè)因素：（1）外差干涉系統(tǒng)光路的設(shè)計(jì)；（2）比相計(jì)的相位檢測(cè)精度。在完成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，比相計(jì)的精度決定了系統(tǒng)的測(cè)量精度。隨著工業(yè)制造加工領(lǐng)域?qū)z測(cè)速度和檢測(cè)精度要求的不斷提高，如何在高速實(shí)時(shí)測(cè)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高精度相位測(cè)量成為設(shè)計(jì)外差干涉相位計(jì)面臨的新挑戰(zhàn)。本文中對(duì)近年來常用的相位計(jì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹并分析其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。……