實驗名稱：相位調制零差干涉儀性能評價及實驗

實驗目的：測試相位調制零差干涉儀在測量鏡靜止時，由環境參數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：相位調制零差干涉儀實物圖

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

搭建光路結構，光路初步調整完成后，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，調節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量燈判斷當前光路狀態下橢圓擬合效果是否為最佳。

若判斷當前狀態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，最終實現干涉儀正常使用。否則，繼續對光路進行調整直到達到最佳橢圓擬合效果。

實驗前，將恒溫空調開啟，設置環境參數，溫度為21.5℃，相對濕度為50%，保證實驗環境穩定；開啟氣浮隔振光學實驗平臺，消除震動影響；將相位調制零差干涉儀與浙江理工大學碩士學位論文相位調制零差干涉納米位移測量系統儀器化及性能評價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境影響一致，并對兩套干涉儀測量鏡分別經行調整，使相位調制零差干涉儀橢圓擬合效果最佳，使Renishaw干涉儀干涉信號質量指示燈全亮；待干涉儀開啟兩個小時后，環境趨于穩定時，開始測量，每隔500ms計數一次，測量時間為2小時。

實驗結果：

如圖2及圖3所示為相位調制零差干涉儀與Renishaw干涉儀靜態穩定對比實驗測量結果。通過觀察干涉儀漂移曲線發現，在2小時的實驗過程中，相位調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，證明相位調制零差干涉儀相同測量條件下靜態穩定性優于Renishaw干涉儀；且Renishaw干涉儀漂移曲線與相位調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制零差干涉儀光路中加入參考干涉儀測量光路能夠有效減小底板變形等帶來的測量誤差。通過觀察相位調制零差干涉儀10min內的位移漂移曲線發現其僅漂移約為5.5nm。

圖2：靜態穩定性對比實驗測量結果

圖3：相位調制零差干涉儀10min內的漂移范圍

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圖：ATA-2088高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇