收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

全息光栅曝光系统干涉条纹静态及动态相位锁定技术研究

宋莹  
【摘要】:干涉场曝光是全息光栅制作的关键步骤,全息光栅曝光主要方式包含静态干涉场曝光和扫描干涉场曝光,两种方式均要求曝光过程中干涉条纹与光栅基底间保持固定的相位关系,干涉条纹相位稳定性决定了光栅的性能。在静态干涉场曝光过程中,利用干涉条纹静态相位锁定技术,可以有效降低外部环境造成的干涉条纹漂移,提高曝光质量,提升光栅性能。扫描干涉场曝光方式在大面积全息光栅制作上具有优势,在曝光过程中,利用动态相位锁定技术实时调整干涉条纹的相位,以补偿工作台运动误差造成的相邻扫描段干涉条纹相位不匹配,这是扫描干涉场曝光方式成功与否的关键。为进一步提高全息光栅曝光技术水平,满足科学研究领域对高性能大尺寸全息光栅的迫切需求,本文对全息光栅曝光系统干涉条纹静态及动态相位锁定技术进行了深入的研究。 第一,分析了平面全息光栅静态曝光系统中干涉条纹相位变化对曝光对比度和光栅掩模槽形的影响。将干涉条纹的相位变化分为线性漂移、正弦漂移和高频振动三种形式,通过理论分析和数值计算的方法,得到如下结论:线性漂移和正弦漂移会降低曝光对比度,使通过曝光量进行槽形控制变得困难,相位小幅度高频振动对曝光对比度和掩模槽形影响较小。文中通过静态相位锁定系统抑制干涉条纹的低频漂移。 第二,提出了一种移频式静态相位锁定方法,并依据此方法设计了一套静态相位锁定系统。通过莫尔条纹法间接探测干涉条纹的相位变化,利用声光调制器件(AOM)调整曝光光束频率,对干涉条纹的相位变化进行校正。给出了相位调整系统和控制器设计方法,分析了AOM对曝光参数的影响。实验结果表明:干涉条纹的低频漂移得到了有效抑制,相位变化能够控制在±0.02个条纹周期(3σ)以内,满足全息光栅曝光要求。 第三,对动态相位锁定中涉及的关键方法与技术进行了深入研究。应用双频激光干涉仪实现了工作台位移的纳米级精度测量。引入外差干涉测量方法,高精度测量干涉条纹的相位变化量,根据测量原理设计差频测量光路。为提升系统带宽,采用高性能差频计算板卡以硬件接口方式进行数据提取,完成对工作台位移与相位测量数据的高速采集。依据上述原理,搭建了基于PXI及FPGA板卡的相位锁定控制系统,该系统具有强大的实时数据处理能力与多功能协调控制能力,开发了控制系统软件。 第四,建立动态相位锁定参考值数学模型,设计控制系统校正算法。分析了扫描曝光过程中造成干涉条纹相位无法匹配的误差因素,建立了具有普遍应用意义的统一参考值模型。给出两种应用情况下的演化参考值模型I和演化参考值模型II。针对工作台精度受限的情况,对演化参考值模型II进行了简化和改进。建立了被控对象的传递函数,应用阶跃响应法和频率响应法对系统传递函数进行了辨识,确定系统带宽,设计了校正算法并对其进行了仿真验证。 第五,对动态相位锁定精度进行了分析计算,完成动态相位锁定系统工程实现,并在国内首次以扫描曝光方式制作出80mm×70mm的全息光栅。详细计算了工作台位移和干涉条纹相位测量精度,讨论了干涉条纹周期测量误差对动态相位锁定的影响。相位锁定实验结果显示固定相位锁定精度可以达到6.43nm(1800l/mm,3σ),其中低频分量可以达到2.75nm(小于500Hz,1800l/mm,3σ)。可实现纳米级稳态精度的干涉条纹相位移动。扫描曝光过程中,干涉条纹相位动态跟随精度达到18.07nm(1800l/mm,3σ),对影响曝光的低频分量可以控制在2nm(小于300Hz,1800l/mm,3σ)以内。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 方家美,梁志毅,王体辉;基于图象亮度分布的环形干涉条纹判读法[J];光子学报;2003年09期
2 傅继武,谈振兴,徐旭明,王鸣;一种利用激光干涉条纹位相进行微位移测量方法[J];南昌大学学报(理科版);2003年03期
3 彭仁军,吴健;偏心环状干涉条纹对成像的影响[J];强激光与粒子束;2003年02期
4 彭仁军,吴健;远距离环状干涉条纹形成的初步实验[J];强激光与粒子束;2003年04期
5 朱兆青,凌邦国,周玲;用数码相机采集干涉条纹及处理[J];南通工学院学报(自然科学版);2004年01期
6 杨利红,施浣芳,陈智利;马赫-泽德干涉条纹图像处理算法[J];西安工业学院学报;2005年01期
7 张毅;利用单片机改进物理实验的干涉条纹计数系统[J];中国轻工教育;2005年03期
8 徐建程;石琦凯;柴立群;邓燕;许乔;;三表面干涉条纹空域傅里叶分析[J];中国激光;2006年09期
9 金雪峰;鲁怀伟;饶芮菱;;一种散斑干涉条纹的细化处理[J];兰州交通大学学报;2006年06期
10 金雪峰;饶芮菱;鲁怀伟;;电子散斑干涉条纹骨架线提取的新方法[J];应用光学;2007年02期
11 周战荣;赵晓铭;刘皓淳;张瑜;郑立林;;光照不均匀的干涉条纹校正新方法[J];光学技术;2007年S1期
12 时磊;沈晓鹏;刘甫;徐婧;于建勇;卢家顺;;干涉条纹智能计数器的研制[J];大学物理;2008年08期
13 陈凤超;黄佐华;李榕;;干涉直条纹周期测量及其在位相检测中的应用[J];激光技术;2008年01期
14 刘芬;韩叶茂;杨田林;;自动记录干涉条纹数目装置的研制[J];大学物理实验;2010年01期
15 权贵秦;王刚;;坐标变换的干涉条纹处理方法[J];西安工业大学学报;2010年02期
16 寿倩;张翔;;干涉条纹抖动误差的消除方法探讨[J];华南师范大学学报(自然科学版);2011年03期
17 刘先章;夏士明;黄雁华;;基于图像二值化的动态干涉条纹研究[J];物理与工程;2012年06期
18 潘维济,李婉茹;梅斯林干涉条纹[J];大学物理;1985年09期
19 罗必凯;张英杰;;激光干涉条纹计数测长[J];兵器激光;1986年05期
20 陈进榜,李行;干涉条纹分析的空间扫描方法[J];光学学报;1988年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 石琦凯;邓燕;柴立群;;多表面干涉条纹中相位信息的提取[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
2 李浩然;苏俊宏;葛爱明;杨利红;;干涉条纹自动判读关键技术研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
3 唐帅;;深海声场干涉条纹特征研究[A];中国声学学会水声学分会2013年全国水声学学术会议论文集[C];2013年
4 苏章菲;陈友江;周志有;李君涛;孙世刚;;电化学原位红外反射光谱中薄层电解池厚度的干涉条纹法研究[A];全国第13届分子光谱学术报告会论文集[C];2004年
5 王选择;钟毓宁;杨练根;;基于象限处理的干涉条纹相移提取算法[A];2006年湖北省博士论坛——先进制造技术与制造装备论文集[C];2006年
6 何祖斌;邓燕;徐建程;许乔;柴立群;;相移算法振动误差分析[A];第十一届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2006年
7 莫卫东;付振堂;张海防;张孟;范琦;冯明德;;干涉条纹密度的计算及应用研究[A];第十四届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2012年
8 唐晨;朱新军;孙晨;阎海青;;电子散斑干涉条纹处理偏(常)微分方程方法的回顾及应用[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
9 陈凤超;黄佐华;;干涉条纹周期的测量及其在位相检测中的应用[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 夏樟根;朱梦泽;姚艳婕;朱莲根;王锦辉;;光测力学实验的设计和研究[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 段晓杰;基于光纤干涉条纹投射的结构光三维形貌测量技术研究[D];天津大学;2013年
2 彭仁军;激光干涉成像技术研究[D];电子科技大学;2003年
3 宋莹;全息光栅曝光系统干涉条纹静态及动态相位锁定技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
4 袁博宇;基于全息技术的金属电化学腐蚀过程在线检测方法研究[D];中国矿业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金志德;多光束干涉条纹控制技术的研究[D];电子科技大学;2010年
2 黄慧;闭合干涉条纹处理方法的研究[D];南京理工大学;2013年
3 刁其龙;单频机制穿透雷达成像的干涉条纹现象与抑制技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
4 刘兰娇;纳米位移测量中的干涉条纹技术研究[D];长春理工大学;2010年
5 李兰芳;光学综合孔径成像技术的实验研究[D];南京理工大学;2004年
6 申冬玲;基于线阵CCD的条纹计数器系统研究[D];中南大学;2007年
7 刘艳磊;光纤莫尔干涉三维轮廓术[D];哈尔滨工程大学;2004年
8 冯淑艳;光波移相技术中的信息处理[D];辽宁师范大学;2013年
9 程丽君;主动抗振干涉技术中瞬态相位检测的研究[D];南京理工大学;2002年
10 吴子明;主动抗振技术研究——单点探测与PZT补偿[D];南京理工大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978