[发明专利]基于外差式激光干涉仪的纳米静态锁定定位方法

说明书

技术领域

本发明属于超精密定位技术领域，涉及一种基于外差式激光干涉仪的纳米静态锁定定位方法。

背景技术

精密定位装置作为一个闭环控制系统，通常由位移驱动和监测两个主要单元组成。目前能实现纳米量级位移发生的驱动器件主要有压电管、压电陶瓷、MEMS(Micro-E1ectro-Mechanical Systems，微型机电系统)驱动器、超声驱动器、弹性体驱动器和磁致伸缩器件等，其中压电陶瓷驱动器因具有高分辨率、高频响和发热低等优点，而柔性铰链是一种新型的弹性导轨形式，具有无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高、加工简单等优点，尤其适合纳米定位技术领域，则压电陶瓷与柔性铰链组合构成的超精密位移驱动单元得到了广泛的应用。纳米量级位移监测单元主要有电容传感器、光栅传感器、激光干涉仪等，其中激光干涉仪具有波长可溯源性、抗干扰能力强、位移分辨力高等特点，在纳米量级的超精密定位系统中作为位移监测单元被广泛应用。

激光干涉仪、压电陶瓷驱动器和柔性铰链构成的纳米级超精密定位系统，传统的定位方法是以激光干涉仪测得的位移作为压电陶瓷驱动器的伺服控制参数实现闭环位置控制，由于激光干涉仪普遍存在着周期性的非线性误差，该类方案的超精密定位系统很难提高定位精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于外差式激光干涉仪的纳米静态锁定定位方法。该方法是一种利用外差式激光干涉仪的参考信号和测量信号间的相位差作为微位移发生驱动器的伺服控制参数实现闭环位置控制的一维静态锁定纳米定位方法。

本发明方法的具体步骤是：

步骤(1)双频激光器输出频差为10～30MHZ的正交线偏振光，入射光学镜组，双频激光器和光学镜组构成外差式激光干涉仪；

步骤(2)外差式激光干涉仪作为微位移监测单元，实时监测微动工作台偏移锁定位置所发生的位移，同时外差式激光干涉仪输出测量光；所述的微动工作台上设置有光学镜组中的第二平面镜；

步骤(3)双频激光器输出参考光经第一光电接收器后转化为第一电信号，第一电信号输入到鉴相电路的一个输入端；外差式激光干涉仪输出测量光经第二光电接收器后转化为第二电信号，第二电信号输入到鉴相电路的另一个输入端；

步骤(4)鉴相电路对第一电信号和第二电信号进行鉴相后输出与相位差相对应的模拟电压；

步骤(5)鉴相电路输出的模拟电压输送至微位移发生驱动电源的控制端，作为控制电压控制微位移发生驱动电源；

步骤(6)微位移发生驱动电源根据控制电压的大小，驱动微动工作台，使微动工作台产生相应的位移，实现微动工作台的静态锁定定位。

所述的光学镜组包括偏振分光棱镜、第一1/4波片、第二1/4波片、角锥棱镜、第一平面镜、第二平面镜和光纤接收器。

所述的微动工作台是由双极性可伸缩压电陶瓷和柔性铰链组合构成的超精密位移驱动单元。

所述的双频激光器与第一光电接收器通过光纤连接。

所述的鉴相电路采用复杂可编程逻辑器件作为逻辑处理单元。

所述的微位移发生驱动电源包括偏置电路、取样电路、误差放大电路和充放电回路；偏置电路的输入端作为微位移发生驱动电源的控制端与鉴相电路输出连接，偏置电路的输出端与误差放大电路的一个输入端连接，取样电路的输出端与误差放大电路的另一个输入端连接；误差放大电路的输出端与充放电回路的输入端连接，充放电回路的输出端分别与取样电路的输入端、微动工作台中的双极性可伸缩压压电陶瓷连接。

本发明以激光干涉仪测得的相位差为位移驱动单元伺服控制参数的方式，省却一个相位差转换为位移的环节，减少了误差项，使得系统装置简单易行，且大大提高了系统的频率响应及定位精度。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明中外差式激光干涉仪光路图；

图3为本发明中鉴相电路原理框图；

图4为本发明中微位移发生驱动电源电路框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。