實驗名稱：相位調(diào)制零差干涉儀性能評價及實驗

實驗目的：測試相位調(diào)制零差干涉儀在測量鏡靜止時，由環(huán)境參數(shù)變化引起測量干涉儀與參考干涉儀之間干涉信號的相位差，即被測位移相對于零點的漂移誤差。

測試設備：ATA-2088高壓放大器、納米定位平臺、單頻激光干涉儀、光電探測器、Redpitaya信號處理板等。

實驗過程：

圖1：相位調(diào)制零差干涉儀實物圖

相位調(diào)制零差干涉儀組裝調(diào)試主要分為干涉儀光路元件機械結構組裝、根據(jù)光路結構設計進行初步調(diào)試和結合硬件電路及上位機軟件進行最終調(diào)試三個部分。裝配調(diào)試完成的相位調(diào)制零差干涉儀如圖1所示。

搭建光路結構，光路初步調(diào)整完成后，對光電探測器、高壓放大器、Redpitaya信號處理板及運放等硬件上電，通過示波器觀察光電探測器輸出電壓幅值，調(diào)節(jié)光電探測器分壓滑動變阻器使干涉信號幅值在±1V左右。

打開基于LabVIEW的上位機軟件橢圓擬合效果顯示模塊，通過觀察橢圓擬合前圖形是否存在畸變來判斷Redpitaya信號處理板輸入信號幅值是否超過限壓。通過觀察橢圓擬合后的圖形以及橢圓擬合質(zhì)量燈判斷當前光路狀態(tài)下橢圓擬合效果是否為最佳。

若判斷當前狀態(tài)下光路可以達到橢圓擬合最佳效果，則進行干涉儀外罩及其他干涉儀元件的安裝工作，最終實現(xiàn)干涉儀正常使用。否則，繼續(xù)對光路進行調(diào)整直到達到最佳橢圓擬合效果。

實驗前，將恒溫空調(diào)開啟，設置環(huán)境參數(shù)，溫度為21.5℃，相對濕度為50%，保證實驗環(huán)境穩(wěn)定；開啟氣浮隔振光學實驗平臺，消除震動影響；將相位調(diào)制零差干涉儀與浙江理工大學碩士學位論文相位調(diào)制零差干涉納米位移測量系統(tǒng)儀器化及性能評價57Renishaw激光干涉儀同時開啟，使兩套干涉儀測量鏡背靠背安裝，以保證其能夠最大程度受環(huán)境影響一致，并對兩套干涉儀測量鏡分別經(jīng)行調(diào)整，使相位調(diào)制零差干涉儀橢圓擬合效果最佳，使Renishaw干涉儀干涉信號質(zhì)量指示燈全亮；待干涉儀開啟兩個小時后，環(huán)境趨于穩(wěn)定時，開始測量，每隔500ms計數(shù)一次，測量時間為2小時。

實驗結果：

如圖2及圖3所示為相位調(diào)制零差干涉儀與Renishaw干涉儀靜態(tài)穩(wěn)定對比實驗測量結果。通過觀察干涉儀漂移曲線發(fā)現(xiàn)，在2小時的實驗過程中，相位調(diào)制零差干涉儀總體位移漂移值與Renishaw干涉儀位移漂移值分別約為65nm和165nm，證明相位調(diào)制零差干涉儀相同測量條件下靜態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)于Renishaw干涉儀；且Renishaw干涉儀漂移曲線與相位調(diào)制零差干涉儀的測量干涉儀光路漂移方向一致，漂移位移差值僅為20nm左右，因此充分證明在相位調(diào)制零差干涉儀光路中加入?yún)⒖几缮鎯x測量光路能夠有效減小底板變形等帶來的測量誤差。通過觀察相位調(diào)制零差干涉儀10min內(nèi)的位移漂移曲線發(fā)現(xiàn)其僅漂移約為5.5nm。

圖2：靜態(tài)穩(wěn)定性對比實驗測量結果

圖3：相位調(diào)制零差干涉儀10min內(nèi)的漂移范圍

電壓放大器推薦：ATA-2088

圖：ATA-2088高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇