双频Nd:YAG激光超外差干涉绝对距离测量系统设计

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绝对距离测量是当今计量领域的重要研究内容之一。高精度、大量程的绝对距离测量技术是其未来的发展方向和发展要求,具有广阔的应用前景。目前基于超外差干涉原理的绝对距离测量技术发展很快,并且取得了很大的进展。  论文在充分了解绝对距离测量技术研究现状的基础上,应用超外差干涉理论设计了一种绝对距离测量系统,该系统采用LD泵浦1064nm双频Nd∶ YAG激光器作光源,该激光器的频差范围为12GHz~150GHz,可以产生在25mm~2mm范围内可变的合成波长;采用干涉条纹整数和小数测量相结合的方法逐级进行测量,可以实现高精度、大量程绝对距离测量。  论文主要内容包括以下几部分:  第一,概述了绝对距离测量的发展与研究现状,在此基础上确定了本论文的研究内容。  第二,简要分析了激光干涉测量的基本理论,在此基础上重点分析了激光外差干涉绝对距离测量的基本原理和激光超外差干涉绝对距离测量的基本原理。  第三,详细分析了本课题所设计的激光超外差干涉绝对距离测量系统所需激光光源的基本特性,其中主要包括LD泵浦1064nm双频Nd∶YAG激光器的工作原理和系统组成、稳频系统以及功率稳定系统等。  第四,设计了1064nm双频Nd∶YAG激光超外差干涉绝对距离测量系统方案,详细分析了该系统的工作机理,简要分析了该系统主要仪器设备的技术指标及其在系统中的作用,设计了应用该系统进行绝对距离测量的流程和方法。  第五,从合成波长的标定误差和空气折射率的测量误差两方面分析了该系统的测量误差。通过分析可知,当不考虑环境影响时,合成波长的相对误差与绝对距离的测量相对误差处在同一数量级上,此时当合成波长的测量不确定度不大于2nm时,该系统在1m~20m范围内的测量相对误差可达到1.0×10-6;在考虑环境因素的情况下,空气折射率对测量结果影响很大,此时,当空气折射率的相对误差小于3×10-7时,才能消除空气折射率测量误差对绝对距离测量误差的影响。  综上所述,本论文所设计的双频Nd∶YAG激光超外差干涉绝对距离测量系统研究方案是可行的,能满足高精度、大量程的绝对距离测量要求。本论文的研究内容对今后进一步研究绝对距离测量技术奠定了坚实的基础,具有重要的参考价值。
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