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仪表网 研发快讯】光栅
位移传感器因其高精度、高测速、大量程的特性，被广泛应用于半导体制造、航空航天、精密机床等领域。
工作过程中，光栅位移
传感器的基准光栅与待测物体刚性连接，移动部件产生的随机角度误差会影响测量精度。因此，消除随机角度误差是提升光栅位移传感器精度的关键环节。
按照基准光栅的数量进行区分，光栅位移传感器可以分为单光栅系统与多光栅系统。传统的单光栅系统对随机角度误差非常敏感，轻微的角度变化就会导致测量系统失效。多光栅系统中有两块以上的基准光栅，它们共同完成衍射光束的角度调制，利用平均效应可以使多光栅系统部分抑制随机角度误差干扰。然而，传统的多光栅系统的量程较小，对元件的公差较为敏感，这些因素都限制了多光栅系统的精度提升和工业应用。
图1 光栅位移传感器在多个领域的广泛应用
针对这一技术问题，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所国家光栅制造与应用工程技术研究中心李文昊研究团队提出一种基于对称Littrow结构的双光栅共模误差抑制技术(SLGIM)。该系统主体光路放置于两块光学参数一致的基准光栅所构成的夹层中，展现为“三明治”结构。测量系统包含两个等光程的互补测量臂，双臂之间存在共模抑制关系。由于随机角度误差对两测量臂的影响是共轭的，所以发生角度变化时两束测量光仍然保持为合束干涉状态，不仅不会引入额外的光程差，而且不会造成信噪比降低。经验证，相同的外部控制下，对称Littrow结构双光栅共模误差抑制系统的测量精度是传统光栅干涉测量系统(ULGIM)的1.6倍。
该成果发表于Laser & Photonics Reviews期刊，标题为“A Random Angle Error Interference Eliminating Method for Grating Interferometry Measurement Based on Symmetry Littrow Structure”。文章链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202401659
图2 研究亮点与实验结果(a)不同角度误差下两束干涉测量光在探测器表面的重合状态(b)100mm量程下SLGIM和ULGIM的误差分布(c)SLGIM和ULGIM的误差对比和统计学参数分析结果。
长春光机所2023级光学专业博士研究生周文渊为第一作者，长春光机所李文昊研究员为通讯作者。本工作还获得了长春光机所刘兆武副研究员、孙宇佳助理研究员、刘林助理研究员、吉林大学王伟成博士的支持。本工作获得了国家自然科学基金重点项目、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划以及中国科学院青年创新促进会基金的支持。
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