单频纳米激光干涉仪非线性误差及其修正方法

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1、万方数据第27卷第3A期2006年9月计量学报ACI'AMEll甩0IDGICASINICA27．No3ASeptember，2006单频纳米激光干涉仪非线性误差及其修正方法高宏堂，高思田，邵宏伟(中国计量科学研究院，北京100013)摘要：介绍了单频纳米激光干涉仪的非线性误差，分析了各种典型的单频激光干涉仪非线性误差修正方法，如Heydemann方法、频谱分析方法、基于干涉信号波峰和波谷的方法、基于神经网络的NN方法。在基于干涉信号波峰和波谷的方法的基础上，提出了一种改良方法(P方法)，试验结果表明，P方法具有运算简单、误差

2、修正精度高和抗干扰性能较强等优点，可以在非计量环境下用该法对干涉仪的非线性误差进行修正，实用价值较大。关键词：计量学；单频激光干涉仪；非线性误差；误差修正；纳米测量中图分类号：TB92文献标识码：A文章编号：1000—1158(2006)3A-IXE6—05NonlinearityErrorandtheCorrectionMethodforHomodyneLaserInterferometerwithNanometerAccuracyGAOHong-tang，GAOSi-tian，SHAOHong-wei(NationalIn

3、stituteofMetrology，Beijing100013，China)Abstract：711lenonlinearityerrorinhomodyneinterferometerwithnanometeraccuracyiSdescribed，anditscorrectionmeth—ods，suchastheHeydemannMethod，themethodbasedonthespectrumofinterferencesisnal，themethodbasedonthepeakandvalveofinterfer

4、eNcesisnal，andthemethodbasedonneuralnetworkareanalysed．Animprovedmethod(Pmethod)basedonthemethodofthepeakandvalveofinterferencesisnaliSintroduced．弧eexperimentresultsshowthatthePmethodhastIleadvan—tagesforitssimplecomputing，nonlinearityerrorcorrectionwithhighprecisio

5、nandgoodresistancecapabilityofdisturbing，etc．Ⅵ啪entheinterfemmeterworksinnotgoodenvironmentforthenonlinearitycorrectionofinterfemmeter．Keywords：Metrology；Homodyneinterfemmeter；Nonlinearityerror；Errorcorrection；Nanometermeasurement1引言干涉仪作为能够将测量值溯源到国际单位米定义的计量仪器，广泛地用于各种

6、高精度的测量场合。按照工作原理干涉仪可大致分为单频和双频两种，其中应用单频激光干涉原理制成的单频激光干涉仪是研究应用较早、技术较为成熟的高精度长度测量仪器，随着干涉技术的发展，利用偏振光移相干涉和相位细分技术，可以实现高分辨率的测量。由于单频干涉仪光路可以采用较少的光学元件组成，它具有造价低、容易推广使用的优点。双频激光干涉仪是上世纪六十年代末七十年代初问世的一种新型激光干涉仪。它是以稳频的双频氦氖激光器作为光源，按照拍频原理工作的。在专用的电子线路的配合下，它能在较差的环境中，以相当高的精度完成测量。它通过采用交流放大器提高

7、了信号的信噪比，即使光强衰减90％仍然可以得到合适的电信号⋯，可以克服单频激光干涉仪对环境要求高的缺点，因而受到有关行业特别是工业部门的重视，近年得到了较大的发展。各种各样的单、双频激光干涉仪有其各自的实用场合，它们都能够提供测量范围从几微米到几米、较高的测量分辨率和测量不确定度的大范围精密测量。然而，双频激光干涉仪与单频激收稿日期：2006-06-09；修回日期：2006-07-04作者简介：高宏堂(19"／6一)，男，汉，云南省宣威市人，中国计量科学研究院研究实习员，现主要从事几何量测量技术研究工作。ght9521@163

8、．coln万方数据第27卷第3A期高宏堂等：单频纳米激光干涉仪非线性误差及其修正方法光干涉仪相比，双频激光干涉仪有较大的非线性误差攀但在纳米级测量精度使用要求下，单频激光干涉仪的非线性误差同样是不可忽略的误差分量。对于纳米量级高精度单频激光干涉仪存在的非线性误差，本文有针对性