精密定位干涉测量方法的发展历史
发布时间：2025-04-29 16:34:59 阅读数： 546
自 150 年前最早的发展以来，光源、光学和数据处理方面的进步已经使干涉测量法成为测量距离、位移和角度的重要工具。
虽然可以说，对提高精度的不断增长的需求推动了干涉定位技术的进步，但这项研究遵循了当前最先进技术的路径，但重点不同：光束路径中的空气存在以及解决折射率变化和空气湍流所需的创新。
图1. 自由空间精密平台运动测量系统。
自由空间基于激光的干涉仪已从简单的迈克尔逊几何结构和条纹计数发展为复杂的多轴仪器，噪声水平达到亚纳米级，能够以每秒几米的速度监测平台运动（见图 1）。
这些系统有效地遵循了阿贝原理，可以直接追溯到长度单位，并且在真空中表现出卓越的性能。然而，在测量光束穿过大气的应用中，折射率和湍流的变化成为不确定性的重要来源。
20世纪90年代，为了解决空气湍流问题，人们投入了大量精力研究色散干涉法。该方法利用空气折射率的变化，利用同时在两个波长下工作的激光干涉法，直接测量视线方向上的空气密度。
使用双倍氦氖激光器的实验表明，湍流引起的误差可以从 8 纳米减少到 1 纳米。然而，现在先进光刻技术的要求已经超过了这一性能水平，需要一种替代方法。
图2. 用于基于编码器的平台运动控制的大型二维光栅。
视线干涉仪的替代方法是使用编码器和衍射光栅来监测平台的平面内和平面外运动（图 2）。与自由空间系统相比，编码器具有一个关键优势：光束在空气中的路径明显更短，这对于现代高端半导体光刻机至关重要。
通过采用多轴编码器技术来满足光刻的性能要求，该方法将异差自由空间干涉仪的高速电子学和低噪声特性集成到新的几何结构中。
第三种方法是利用多路复用光纤干涉法进行短距离测量的多轴精密定位（参见图3）。
示例系统具有多达 64 个无源传感器，它们从共享的多波长源和检测系统运行。它在 3.5 mm ± 0.6 mm 的测量范围内实现了 0.02 nm Hz ?1/2的噪声性能。
这种精度突破了空气中测量的极限。为了应对这一挑战，我们专门设置了一个或多个测量通道，使用可追溯、固定长度的稳定标准具来测定当地大气折射率。
在这种情况下，解决方案是分配一个或多个测量通道，使用可追踪、固定长度的稳定标准具来确定当地大气的折射率。
