Гетеродинный интерферометрический измеритель прямолинейности с уменьшенной периодической нелинейностью

Tao J., Mengying H., Yanfen L., Liu J., Hou W., Lihua L., Zhang Bo

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Tao Jin, Mengying Han, Yanfen Le, Jinglin Liu, Wenmei Hou, Lihua Lei, Bo Zhang. A heterodyne straightness interferometer with reduced periodic nonlinearities (Гетеродинный интерферометрический измеритель прямолинейности с уменьшенной периодической нелинейностью) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 2. С. 60–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-60-67

Tao Jin, Mengying Han, Yanfen Le, Jinglin Liu, Wenmei Hou, Lihua Lei, Bo Zhang. A heterodyne straightness interferometer with reduced periodic nonlinearities (Гетеродинный интерферометрический измеритель прямолинейности с уменьшенной периодической нелинейностью) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 2. P. 60–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-02-60-67

Ссылка на англоязычную версию:

Tao Jin, Mengying Han, Yanfen Le, Jinglin Liu, Wenmei Hou, Lihua Lei, and Bo Zhang, "Heterodyne straightness interferometer with reduced periodic nonlinearities," Journal of Optical Technology. 89(2), 107-112 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000107

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 погрешность уменьшена вплоть до величины, ограниченной разрешающей способностью интерферометра прямолинейности.

Ключевые слова:

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

Благодарность:

Настоящее исследование выполнено при финансовой поддержке Государственного фонда естественных наук Китая (51705324 и 51605297).

Коды OCIS: 01.0010, 350.050

Список источников:

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.