激光干涉测量技术作为超精密测量的重要手段, 为实现亚纳米级测量分辨力, 通常对干涉周期信号进行数百倍甚至上千倍的插值细分, 引入分辨力有效性问题。本文基于涡旋光束的螺旋相位特性, 搭建高精度共轭涡旋光干涉位移测量结构, 将被测直线位移量与干涉图案绕中心旋转角度建立线性传感关系。信号采集与处理中基于干涉信号特点, 结合高速光电探测器进行干涉图案周期计数与相机进行低速干涉图案图像细分, 对干涉图案自身进行空间等角度细分, 有效降低后继周期信号的细分倍数并提高测量分辨力可靠性, 以保证涡旋光干涉信号实时处理系统的亚纳米量级测量精度。搭建涡旋光束拓扑荷数为4的干涉测量实验测试系统, 理论上干涉图案旋转1°对应的被测位移量为0.88 nm, 设计基于LabVIEW的信号实时采集和处理系统并进行测量分辨力测试与误差分析, 在实验室条件下分辨力优于0.5 nm。

光杠杆微小位移测量是一种非接触式微位移测量技术,在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。针对现行光杠杆测量微小长度变化的分辨率低、精度低、读数装置设计欠妥等问题,采用一种多级放大方法和基于虚拟技术的实时自动采集技术,设计出了基于纳米精度光杠杆与位敏探测器(PSD)传感器的固体材料线胀系数测量装置。该装置通过光学方法对微位移量进行多级放大,大大提高了微小位移的放大倍数。同时,采用PSD传感器和LabVIEW平台进行数据采集和分析,较好地消除了系统中的人为因素对测量精度的影响。实验系统对黄铜、实验用铁、实验用铝和紫铜的重复测量精度分别为7.5,7.2,7.6和8.1 nm。