面向21世纪的双频激光及相关测量科学技术_张书练VIP免费

我国机床业市场萎缩又大量进口国外设备的原因之一,就是因为这方面的技术没有得到推广应用。为此需要高速、多通道激光干涉仪:测量速度在60m/min以上,采样速度在5000次/s以上,以适应热误差和几何误差测量的需要。空气折射率实时测量应该达到水平2×10-7,其测量结果和长度测量结果同步进入计算机,即依靠引进信息技术和测量技术求得技术创新。台湾的数控机床稍优于大陆的原因就在于此。同时使主轴转速提高到2000r/min以上。目前国内开展的工作不少是落后于国外的。(8)运行和制造过程的监控和在线检测技术综合运用图像、频谱、光谱、光纤以及其他光和物质相互作用原理的传感器,有非接触、高灵敏度、高柔性、应用范围广的优点。在这个领域的综合创新的天地十分广阔,例如振动、粗糙度、污染物、含水量、加工尺寸、相互位置等。(9)配合信息产业和生命科学的技术创新为了在开放环境下求得生存空间,没有自主创新技术是没有出路的。因此应该根据有专利权、有技术含量、有市场等原则选择一些项目予以支持,根据当前发展,信息、生命医学、环保、农业等领域需要的产品应给予优先支持。例如,医学中的介入治疗精密仪器设备,电子工业中的超分辨光刻、封装、清洁方法和机理研究。参考文献:[1]Pieter“Prte”Burggraaf(SeniorTechnicalEditorofSolidStateTech.)Opticallithographyto2000andBeyondSolidStateTechnology,1999:31～41[2]戴高良.用于亚纳米测量的横向塞曼激光器的研究.清华大学学报(自然科学版),1998,38(11):65～68[3]殷纯永,郭继华.偏振双反射膜双频激光器.发明专利申请号99123748.X[4]晁志霞,许婕,徐毅.用于大范围测量的法布里-珀罗干涉仪.计量学报,1999,20(4):241～245[5]谢广平,殷纯永,王东生.一种用于外差测量的信号处理系统.电子测量技术,1994(4):5～7(编辑华恒)作者简介:殷纯永,男,1937年生。清华大学(北京市100084)精密仪器与机械学系教授、博士研究生导师。1984～1985年在英国、1992～1993年在加拿大做访问学者。SPIE国际光学工程学会会员、全国高校机电类专业教学指导委员会委员。研究方向为现代光学测量的理论、方法和技术创新。研究成果获国家发明奖、科技进步奖3项,省部级奖励5项,获专利4项。出版专著5部,发表论文80余篇。文章编号:1004-132Ⅹ(2000)03-0266-04面向21世纪的双频激光及相关测量科学技术张书练教授张书练李岩摘要:预测21世纪初几种重要激光计量仪器的发展水平:双频激光可输出近零赫兹到百吉赫兹的频差,频差的稳定性将达到10-7,从而使相对测量干涉仪的测量速度获得提高;高精度、长距离的绝对测量得以实现;双频激光的发展使建立新的可溯源到光波长的波片测量基准成为可能;产生一种可直接传感位移的激光器,可在很大程度上取代电感测微仪;产生一种测角仪,可在几十度范围内达到0.01′分辨率;产生一种惯性振动测量仪器,分辨率达到纳米。关键词:双频激光;位移测量;传感激光器;角度测量中图分类号:TN24;TG8文献标识码:A国内外的双频激光干涉仪都使用塞曼激光器作为光源。双频激光干涉仪测量速度越高,所需激光器频差越大。尽管人们做了不懈努力,现在纵向塞曼激光器的频差仍然不能超过3MHz。为了解收稿日期:2000—01—23决塞曼双频激光器频差小这一问题,我们进行了用腔内晶体石英片或电光晶体或腔内应力双折射产生激光频率分裂的实验研究。在驻波氦氖激光器(管)内部置入晶体石英或光电元件,利用自然双折射效应、光电双折射效应、应力双折射效应均实现将激光频率一分为二,且两频率之差可由转·266·中国机械工程第11卷第3期2000年3月角、电压的改变加以控制[1～3],从而实现大频差,频差可达40MHz～1000MHz。激光器的频率输出对腔长改变的敏感性早为人所知。对于633nmHeNe激光器,频率变化为10-9Hz。如能以赫兹为单位测出Δν的改变,将会诞生具有无可比拟的分辨率的位移传感器。其难点在于如何测出这种频率的改变。很直观的办法是,将频率改变和一个频率高度稳定的激光器混频取拍。沿此思路,人们研究过不少方法,但大多或因结构太复杂,或因频率不稳,或因动态范围太小而难以获得实际应用。进一步思考,如果位移所引起的不是一个频率的移动,而是一个激光器的2个频率之差的改变,就不...