基于锁相倍频的快速超精密激光外差干涉测量技术

研究目的:基于锁相环倍频细分原理,研究一种可实现快速、高分辨力、大范围测量的激光外差干涉技术,有效解决激光外差干涉在大型超精密装备中的快速、超精密定位问题。
基本原理:基于锁相环倍频细分原理,对激光外差干涉的参考信号fr和测量信号fm分别进行32倍频,利用FPGA对40MHz时钟进行内部锁相环5倍频,得到200MHz的同步时钟,利用该高速时钟对32倍频后的参考信号和测量信号进行同步处理,得到沿宽与高速时钟半周期相同的同步信号,并进行2倍频处理,得到64倍频细分的参考信号和测量信号,在此基础上进行对顶脉冲相消和交错脉冲相消,通过高速大容量32位可逆计数器对当量脉冲计数,实现了高分辨力与快速的兼顾,同时提供实时数据和当量脉冲,可实现与电机驱动控制器的连接。

 

                                

科学意义及应用价值:在不改变激光器固有塞曼频差的前提下,通过外电路处理,使双频激光干涉测量实现了高速度与高分辨力的有效兼顾,同时解决了闭环控制的实时性问题。该技术可广泛应用于超精密光机电一体化装备的闭环测控单元。该技术在1MHz塞曼频差下,测量分辨力达到5nm,测量速度优于0.52m/s。
    该技术已申请中国发明专利。