Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (02.2022) : A heterodyne straightness interferometer with reduced periodic nonline-arities

A heterodyne straightness interferometer with reduced periodic nonline-arities

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-02-60-67

УДК 535; 617.7; 628.9

 

Tao Jin1, Mengying Han2, Yanfen Le3, Jinglin Liu4,  Wenmei Hou5, Lihua Lei6, Bo Zhang7,

1, 2, 3, 4, 5University of Shanghai for Science and Technology, School of Optical-Electrical and Computer Engineering, 200093, Shanghai, China

6, 7Shanghai Key Laboratory of Online Test and Control Technology, Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology, 201203, Shanghai, China

Corresponding author: jintao@usst.edu.cn

annotation

A straightness heterodyne interferometer is proposed for measuring the straightness of a linear motion stage along its moving direction. The interferometer uses Koster prism as the beam splitter and combiner, a wedge prism as straightness sensor and a wedge mirror as reflector. The interferometric beams have a completely common optic path and space symmetrical measurement structure. The cross-talk errors, from other degrees of freedom, are eliminated due to the spatial symmetry optical path structure. While, the periodic nonlinearities due to the mixed-frequency cannot be eliminated by the optical configuration. To overcome this problem, we derived a periodic nonlinearities correction model. The coefficients of model are previously estimated by splitting the straightness measurement beam into two beams through a polarization beam splitter which placed at 45°. Afterwards, the model can be used to compensate the nonlinearities of straightness measurement. The results show that the nonlinear error is reduced to the resolution limitation of the straightness interferometer.

Keywords: straightness interferometer, periodic nonlinearities, common optic path, nonlinearities correction model

Acknowledgments. This work is support by National Natural Science Foundation of China (NSFC) 51705324 and 51605297.

For citation: Tao Jin, Mengying Han, Yanfen Le, Jinglin Liu, Wenmei Hou, Lihua Lei, Bo Zhang. A heterodyne straightness interferometer with reduced periodic nonlinearities // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 60–67. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-02-60-67

OCIS codes: 01.0010, 350.050. 

 

Гетеродинный интерферометрический измеритель прямолинейности с уменьшенной периодической нелинейностью

Tao Jin, Mengying Han, Yanfen Le, Jinglin Liu, Wenmei Hou, Lihua Lei, Bo Zhang 

Аннотация

Предложен гетеродинный интерферометрический измеритель прямолинейности направления движения объекта, перемещаемого модулем ступенчатого линейного перемещения. В интерферометре используется призма Костера в качестве светоделителя и сумматора, а в качестве клиновой призмы — датчик прямолинейности и клиновидное зеркало в качестве отражателя. Интерферирующие лучи имеют полностью общий оптический путь, а пространственно-симметричная измерительная структура позволяет устранить ошибки перекрёстных помех от других степеней свободы модуля. В то же время периодические нелинейности из-за смешанной частоты не могут быть исключены посредством оптической конфигурации. Чтобы преодолеть эту проблему, предложена модель коррекции периодических нелинейностей. Коэффициенты модели предварительно оцениваются путём разделения измерительного пучка на два посредством поляризационного светоделителя, расположенного под углом 45°. Далее модель использовалась для компенсации нелинейности измерения прямолинейности. Результаты показывают, что нелинейная ошибка уменьшена вплоть до величины, ограниченной разрешающей способностью интерферометра прямолинейности.

Ключевые слова: интерферометрический измеритель прямолинейности, периодические нелинейности, общий оптический тракт, модель коррекции нелинейностей

References

1.    Evans C.J., Holmes M., Demarest F. et al. Metrology and calibration of a long travel stage // CIRP Annals. 2005. V. 54. № 1. P. 495–498.

2.   Naeim I., Khodier S. Nanometer positioning accuracy over a long term traveling stage based on heterodyne interferometry // International Journal of Metrology and Quality Engineering. 2012. V. 3. № 2. P. 97–100.

3.   Chen B., Cheng L., Yan L. et al. A heterodyne straightness and displacement measuring interferometer with laser beam drift compensation for long-travel linear stage metrology // Review of Scientific Instruments. 2017. V. 88. № 3. P. 035114.

4.   Wu C. A generalized, periodic nonlinearity-reduced interferometer for straightness measurements // Review of Scientific Instruments. 2008. V. 79. № 6. P. 065101.

5.   Jin T., Ji H., Hou W. et al. Measurement of straightness without abbe error using an enhanced differential plane mirror interferometer // Applied Optics. 2017. V. 56. № 3. P. 607–610.

6.   Quenelle R.C. Nonlinearity in interferometric measurements // Hewlett-Packard J. 1983. V. 34. № 4. P. 3–13.

7.    Sutton C.M. Non-linearity in length measurement using heterodyne laser michelson interferometry // Journal of Physics E: Scientific Instruments. 1987. V. 20. № 10. P. 1290–1292.

8.   Hou W., Zhao X. Drift of nonlinearity in the heterodyne interferometer // Precision Engineering. 1994. V. 16. № 1. P. 25–35.

9.   Wu C., Su C. Nonlinearity in measurements of length by optical interferometry // Measurement Science and Technology. 1996. V. 7. № 1. P. 62–68.

10. Lay O. P., Dubovitsky S. Polarization compensation: a passive approach to a reducing heterodyne interferometer nonlinearity // Optics Letters. 2002. V. 27. № 10. P. 797–799.

11.  Hou W. Optical parts and the nonlinearity in heterodyne interferometers // Precision Engineering. 2006. V. 30. № 3. P. 337–346.

12.  Eom T.B., Kim J.A., Kang C. et al. A simple phase-encoding electronics for reducing the nonlinearity error of a heterodyne interferometer // Measurement Science and Technology. 2008. V. 19. № 7. P. 075302.

13.  Joo K.N., Ellis J.D., Spronck J.W. et al. Simple heterodyne laser interferometer with sub-nanometer periodic errors // Optics Letters. 2009. V. 34. № 3. P. 386–388.

14.  Hou W., Zhang Y., Hu H. A simple technique for eliminating the nonlinearity of a heterodyne interferometer // Measurement Science and Technology. 2009. V. 20. № 10. P. 105303.

15.  Joo K., Ellis J.D., Buice E.S. et al. High resolution heterodyne interferometer without detectable periodic nonlinearity // Optics Express. 2010. V. 18. № 2. P. 1159–1165.

16.  Ellis J.D., Meskers A.J.H., Spronck J.W. et al. Fiber-coupled displacement interferometry without periodic nonlinearity // Optics Letters. 2011. V. 36. № 18. P. 3584–3586.

17.  Leach R.K., Claverley J.D., Giusca C. et al. Advances in engineering nanometrology at the national physical laboratory // Measurement Science and Technology. 2012. V. 23. № 7. P. 074002.

18. Meskers A.J.H., Spronck J.W., Schmidt R.H.M. Validation of separated source frequency delivery for a fiber-coupled heterodyne displacement interferometer // Optics Letters. 2014. V. 39. № 15. P. 4603–4606.

19.  Meskers A.J.H., Spronck J.W., Schmidt R.H.M. Heterodyne displacement interferometer insensitive for input polarization // Optics Letters. 2014. V. 39. № 7. P 1949–1952.

20.      Badami V.G., Patterson S.R. A frequency domain method for the measurement of non- linearity in heterodyne interferometry // Precision Engineering. 2000. V. 24. № 1. P. 41–49.