高精度干涉儀用激光穩(wěn)頻技術(shù).pdf

1、激光由于其極好的相干性和亮度，在當(dāng)代的工業(yè)，軍事，醫(yī)療等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在精密計量領(lǐng)域、精密機(jī)械和微電子工業(yè)中所應(yīng)用的雙頻激光干涉儀，其核心部分之一就是頻率穩(wěn)定的激光器。但是由于溫度、振動、氣流噪聲的影響，激光頻率是不穩(wěn)定的，因此，激光器輸出的頻率穩(wěn)定性就成為了決定干涉儀精度、分辨力、重復(fù)性的重要指標(biāo)。 本論文針對在線測量需要有強(qiáng)抗干擾能力以及高速測量的需要，采用全新的雙縱模電磁感應(yīng)渦流加熱的方法，使穩(wěn)頻精度提高，抗干擾能力

2、加強(qiáng)。主要完成了以下工作： 1 對影響干涉儀激光光源頻率穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了分析，并介紹了常見的穩(wěn)頻方法及產(chǎn)生雙頻的方法，同時對各種穩(wěn)頻方法的優(yōu)劣進(jìn)行了分析。 2 對采用感應(yīng)渦流加熱穩(wěn)頻的可行性進(jìn)行了分析。對比微波爐這個現(xiàn)代模型，利用He-Ne激光管采用金屬管頸的特點(diǎn)，通過電磁感應(yīng)加熱方式，使激光管腔長改變，達(dá)到穩(wěn)頻目的。 3 設(shè)計了相應(yīng)的測量與控制電路。采用ATMEL，公司生產(chǎn)的具有精簡指令集(RISC)的8位單

3、片機(jī)lega8作為該電路中核心控制元件，此單片機(jī)工作頻率可達(dá)16MHz。由于其可直接輸出16位精度的PWM信號，最高PWM信號頻率可達(dá)單片機(jī)工作頻率的1/2，使系統(tǒng)中不用采用單獨(dú)的PWM發(fā)生器了，設(shè)計電路得到了簡化。 4 對控制方法作了分析，提出了控制算法的結(jié)構(gòu)框圖，并對控制參數(shù)作了具體分析計算，采用工業(yè)過程控制中應(yīng)用最廣泛的PID控制。控制的原理是先求出檢測到的激光器輸出的兩個振動方向相互垂直的偏振光的光強(qiáng)差的大小，然后對光強(qiáng)

4、差的大小處理而獲得控制信號去控制電磁感應(yīng)線圈上輸出功率的大小，從而使激光器諧振腔的長度發(fā)生變化，最后使激光器輸出的兩個振動方向相互垂直的偏振光的光強(qiáng)相等，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。通過實(shí)際測量，采用此方法使激光器輸出激光頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-9，雙頻激光頻差大于500MHz，具有很高的抗干擾能力，滿足了高精度干涉儀要求雙縱模激光光源頻差大、光源頻率穩(wěn)定度好、抗干擾能力強(qiáng)的要求。與采用通過控制激光管放電電流大小進(jìn)行穩(wěn)頻的方法相比，由于本方法改變的諧振腔部