1 哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所，黑龙江哈尔滨5000
2 北京航天计量测试技术研究所，北京100076
为实现调频连续波（Frequency-modulated Continuous-wave，FMCW）激光雷达的高精度测量，针对激光雷达机械加工及装配过程中引入的几何结构误差，提出了基于激光雷达坐标测量误差的系统误差模型及误差修正方法。建立了激光雷达坐标系组，分析了空间坐标测量误差的来源。通过坐标系间的变换矩阵，实现了测量坐标的几何误差传递。然后，归并各坐标系的几何误差，建立了显式的激光雷达几何空间坐标误差表达式。并以此为基础，建立最小二乘优化目标，解算各项误差因子和修正后坐标。求得的误差因子可以用作后续坐标测量结果的修正。最后，基于该方法设计了一套以激光跟踪仪为高精度测量仪器、以靶球球心位置为标准点的标定场，使用激光跟踪仪与激光雷达测量相同位置的靶球完成系统误差修正。实验结果表明，经修正激光雷达空间距离测量的平均误差由0.044 8%下降到0.003 8%，误差极大值由4.17 mm下降到0.30 mm，验证了激光雷达几何结构误差标定和误差修正方法的有效性。
激光雷达 几何结构误差 最小二乘法 误差修正 lidar geometric error least square method error correction
为了提高高光谱遥感技术的分析精度, 利用标量衍射理论, 对矩形光栅局部结构误差的衍射效率进行了分析, 并计算了光栅局部周期和缝宽误差对衍射效率的影响。结果表明, 当加工误差使得光栅局部缝宽变大时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变小, 这一误差对±1级处的衍射光强影响相对较小, 随着误差的增加, 越高的衍射级次其光强下降得越快; 而当加工误差使得光栅局部缝宽变小时, 会造成光栅各主极大(除零级)衍射光强变大, 同样, 当误差变大时, 相对±1级的衍射光受到的影响而言, 级次越高对应的主极大衍射光强增大得越快。该研究对于加工矩形光栅减小局部周期和缝宽误差控制提供了参考。
光栅 衍射效率 标量衍射理论 局部结构误差 gratings diffraction efficiency scalar diffraction theory partial structural error
1 中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 桂林电子科技大学广西自动检测技术与仪器重点实验室, 广西 桂林 541004
3 广西高校光电信息处理重点实验室, 广西 桂林 541004
为了最大程度减少误差环节，点衍射球面波前精度的干涉测量中通常采用无镜头测量方式。点衍射干涉波前在大数值孔径与大横向偏移量情况下存在的结构误差将严重影响测量精度，且无法利用传统方法加以校正。针对该问题，提出了一种基于三坐标重构以及对称偏移补偿的点衍射干涉波前测量中结构误差的高精度校正方法，以实现对大数值孔径及大横向偏移点衍射球面波前无镜头成像测量中的结构误差校正。该方法首先采用三坐标重构方法对系统误差进行预校正，再针对干涉中点源横向偏移引入误差存在的对称性，采用对称横向偏移补偿对由三坐标重构误差而引入的残余结构误差进一步校正。分别进行了数值仿真和测量实验对所提出方法的可行性进行了验证。结果表明，该方法达到了λ/10000的校正精度，对于点衍射球面波前高精度测量标定以及非镜头成像干涉检测中结构误差的高精度校正具有重要的应用意义。
测量 点衍射波前 结构误差 无镜头成像
为了提高激光跟踪仪的测量精度, 分析了跟踪仪的几何结构误差, 重点研究了其转镜倾斜误差的标定和修正方法。利用矢量分析和坐标转换相结合的方法建立了跟踪仪转镜倾斜误差模型, 推导出了跟踪仪几何空间坐标修正公式, 并基于自准直仪、多面棱体和可调反射镜建立了高精度误差标定装置。利用标定装置分析了误差标定方法, 通过系统仿真研究了转镜倾斜误差对系统测角误差及最终坐标测量误差的影响。利用误差标定实验检测出的系统转镜倾斜误差约为4″, 将其带入坐标修正公式, 并与修正前的坐标进行了比对分析。对比结果显示, 经误差修正后系统空间坐标测量误差可减小约2×10-6, 验证了转镜倾斜误差标定和误差修正方法的有效性, 表明利用该方法可在不改变系统硬件结构的基础上提高测量系统的测量精度。
激光跟踪仪 几何结构误差 转镜倾斜误差 误差修正 最小二乘法 laser tracker geometric error mirror tilt error error correction least square method
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为解决光谱分析及超光谱成像、医学和**侦察等系统应用中有序密排光纤变维器(OFDTE)存在的定位精度低的问题，利用单晶硅材料的晶格特点和微机电系统(MEMS)的精确定位技术，提出了制作高精度光纤变维器的光纤平面排布方法。分析了系统误差，研究了光纤排列、固化、研磨抛光及封装工艺，制作了2000根光纤的1×2光纤变维器。测量结果为线列端长度累计误差为0.5 μm；局部高度误差小于0.15 μm；器件端面表面粗糙度均方根值小于0.9 nm；在2000周期范围内，光纤阵列端面纵向位置误差最大值为190.5nm；表面未镀膜的光纤变维器的透射率为51.46%。经过随机振动后，器件的断丝率增加0.1％。通过-40 ℃~40 ℃温度循环实验，器件结构及性能未发生变化。
光纤光学 光纤变维器 平面排纤工艺 结构误差 透射率 随机振动
