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非线性对测量精度的影响

导读: 本文对具有特殊后续电信号处理系统的双纵模双频激光干涉仪的非线性误差进行了研究。

  本文对具有特殊后续电信号处理系统的双纵模双频激光干涉仪的非线性误差进行了研究。根据理论分析推导出了存在非线性时输出信号的表达式,并据此给出了非线性误差的表现形式是使混频输出信号产生漂移起伏,主要影响因素是偏振分光镜分光偏振度及光路调整理想程度。根据分光偏振度可计算信号最大漂移幅度及其带来的测量误差,计算出的漂移幅度值与实际观测值相近,该值可作为判断光路调整精度的一个标准,也是确定后续信号处理环节(细分辨向计数)中最大细分数的依据。

  非线性误差是提高双频激光干涉仪测量精度的决定性因素,由双纵模He-Ne热稳频激光源构成的双频激光干涉仪,虽然具有动态性能好、光路系统不需λ/4波片和移相器件(利用延迟线移相)的优异特性,但由于其频差高(频差为模间隔c/2nl,c为光速,n为折射率,l为谐振腔长度,其值高达几百MHz),决定了其后续电信号处理系统较特殊,其非线性误差的表现形式及其对测量精度的影响也就完全不同,目前对此进行研究的文献报道较少。本文根据理论分析推导出存在非线性时干涉仪输出信号的表达式,并给出了非线性误差的影响因素、表现形式、减小方法及其对测量精度影响的数值计算表达式。

  1工作原理

  双纵模双频激光干涉仪系统组成如图1所示。激光器输出频率稳定、偏振方向固定且相互垂直的两个频率分别为f1和f2的光,由分光器2反射的一小部分光经透镜7聚焦,再经与晶轴成45°方向的偏振片8,使偏振面正交的两个纵模的激光在45°方向上形成拍干涉,由器件9接收得到参考信号。透射的大部分光经光扩展器3准直扩束后,由偏振分光镜4分光。偏振方向平行纸面的纵模频率为f2的光透射向测量角锥镜6,偏振方向垂直纸面的纵模频率为f1的激光反射向参考固定角锥镜5,两路光返回合光后经透镜7、45°偏振片8后由器件10接收得到测量信号。设f1和f2的光在分光器2处的初始相位均为0,从分光器2到光电接收器9的光程为lr,从分光器2经偏振分光镜4反射,再经固定角锥镜5反射到光电接收器10的光程为lf,从分光器2经偏振分光镜4透射,再经测量角锥镜6反射到光电接收器10的初始光程为lm,测量角锥镜的被测位移为Δx。

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