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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0173/
• 关键词: 光周波数コム; フェムト秒レーザ; 共焦点光学系; サーフェスエンコーダ; 精密計測; 絶対位置測定; 光周波数コム; フェムト秒レーザ; 共焦点光学系; サーフェスエンコーダ; 精密計測; 絶対位置測定

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．

这项研究的目的是基于光学梳子的光学维度转换效果，从光学梳中创建XY 2轴位置梳子，并与Z位置梳子融合到Z位置combs，并融合Z位置梳子，并实现极高的多轴“绝对”位置检测，这直接与以前难以实现的国家标准链接到国家标准。首先，为了与XY位置梳子融合，我们将向Z绝对位置梳状光学系统介绍激光自动启动方法的原理，该原理迄今已开发出来，并考虑实现不受测量表面倾斜度角度影响的Z位置测量值。 After that, an XY absolute position comb optical system is constructed, which uses the spectroscopic effect of the "unequal pitch" biaxial grating to convert the XY axis absolute position information of the measurement point into ±1st-order reflected diffracted optical digital optical frequencies, and detects differentially, and uses optical interference signals generated by ±1st-order light to detect the XY absolute position with extremely high灵敏度。最后，将上述两个光学系统组合在一起以构建XYZ 3轴“绝对”位置梳子，并在实验中揭示其性能。在2022财政年度，该计划的第二年按计划计划的第二年，我们使用去年构建的基于光纤的光纤光源设计和构建了Z绝对位置梳子原型光学系统。使用原型光学系统评估了基本特征，并定量评估了测量表面的倾斜角对物体光学轴位置测量的影响。 Furthermore, as a new principle that allows for high accuracy measurement of the object's optical axis Z position regardless of the inclination angle of the measurement surface, we have developed a SHG confocal optical system in which the detector of the confocal optical system used in the Z position comb is changed to a BBO crystal, a second harmonic generation (SHG) medium, which is a nonlinear optical phenomenon.此外，为了创建绝对位置梳子，我们通过将纤维内干扰光学系统更改为空间干扰光学系统来研究了绝对平面位置测量的可行性。