光周波数コムの次元変換で実現する次世代XYZ3軸「絶対」位置極高精度計測への挑戦

通过光学频率梳的尺寸转换实现下一代XYZ 3轴“绝对”位置的极高精度测量的挑战

基本信息

批准号：
22KJ0173
负责人：
佐藤遼
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，不等ピッチ2軸格子の分光次元変換作用をもとに，光コムからXY2軸位置コムを創出し，これまでに構築しているZ位置コムと融合することで，従来は困難であった国家標準に直結した形態で信頼性が保証された極高精度多軸「絶対」位置検出を実現することが本研究の目的である．まず，XY位置コムとの融合に向け，これまでに開発しているZ絶対位置コム光学系に対してレーザオートコリメーション法の原理を新たに導入し，測定面傾斜角に影響を受けないZ位置計測の実現を検討する．その後，「不等ピッチ」2軸格子の分光作用により計測点のXY軸絶対位置情報を±1次反射回折光デジタル光周波数に次元変換し差動検出するとともに，±1次光で生成する光干渉信号を用いてXY2軸絶対位置を極高感度検出する，XY絶対位置コム光学系を構築する．最後に，上記2つの光学系を組み合わせてXYZ3軸「絶対」位置コムを構築し，その性能を実験的に明らかにする．計画2年目となる令和4年度は，当初の計画とおり，昨年度に構築を行った光ファイバーベースの光コム光源を用いたZ絶対位置コムプロトタイプ光学系の設計および構築を行った．プロトタイプ光学系を用いた基礎特性評価を実施し，測定面傾斜角が対象物光軸Z位置測定に与える影響を定量的に評価した．さらに，測定面傾斜角によらず対象物光軸Z位置を高精度に測定可能な新たな原理として，Z位置コムに採用している共焦点光学系の検出器を非線形光学現象である第二次高調波発生(ＳＨＧ)媒体であるBBO結晶へ変更したSHG共焦点光学系を開発した．また，XY絶対位置コムを創出するために，ファイバー内干渉光学系から空間干渉光学系へと変更を行うことで，絶対値平面位置計測の実現可能性を検討した．

在本研究中，我们将基于不等间距两轴光栅的光谱尺寸转换效果，从光梳创建XY两轴位置梳，并与目前已构建的Z位置梳相结合，我们此次研究的目的是以与国家标准直接挂钩的形式，实现可靠性有保证的超高精度多轴“绝对”位置检测。首先，为了将其与XY位置梳集成，我们将激光自准直方法的原理新引入到迄今为止开发的Z绝对位置梳光学系统中，并且Z位置不受测量表面倾斜角度的影响而考虑实现。的测量。然后，通过“不等间距”二轴光栅的分光作用，将测量点的XY轴绝对位置信息维度转换为±1阶反射衍射光数字光频率并进行差分检测，产生的光通过±1阶光我们构建了XY绝对位置梳状光学系统，利用干涉信号以极高的灵敏度检测XY两轴绝对位置。最后，我们将结合上述两个光学系统构建一个XYZ三轴“绝对”位置梳，并通过实验阐明其性能。 2020财年，即计划的第二年，按照原计划，我们利用去年建造的基于光纤的光梳光源设计并建造了Z绝对位置梳状原型光学系统。使用原型光学系统进行基本特性评估，定量评估测量表面倾斜角度对物体光轴Z位置测量的影响。此外，作为一种新原理，无论测量表面倾斜角度如何，都可以高精度测量物体光轴Z位置，Z位置梳中使用的共焦光学系统检测器是我们开发了使用BBO的SHG共焦光学系统晶体作为下一代谐波产生（SHG）介质。此外，为了创建XY绝对位置梳，我们通过从光纤内干涉光学系统改为空间干涉光学系统，研究了绝对平面位置测量的可行性。