电压放大器：相位调制零差干涉仪性能评价实验的关键驱动力

　　实验名称：相位调制零差干涉仪性能评价及实验

　　实验目的：测试相位调制零差干涉仪在测量镜静止时，由环境参数变化引起测量干涉仪与参考干涉仪之间干涉信号的相位差，即被测位移相对于零点的漂移误差。

　　测试设备：ATA-2088高压放大器、纳米定位平台、单频激光干涉仪、光电探测器、Redpitaya信号处理板等。

　　实验过程：

图1：相位调制零差干涉仪实物图

　　相位调制零差干涉仪组装调试主要分为干涉仪光路元件机械结构组装、根据光路结构设计进行初步调试和结合硬件电路及上位机软件进行最终调试三个部分。装配调试完成的相位调制零差干涉仪如图1所示。

　　搭建光路结构，光路初步调整完成后，对光电探测器、高压放大器、Redpitaya信号处理板及运放等硬件上电，通过示波器观察光电探测器输出电压幅值，调节光电探测器分压滑动变阻器使干涉信号幅值在±1V左右。

　　打开基于LabVIEW的上位机软件椭圆拟合效果显示模块，通过观察椭圆拟合前图形是否存在畸变来判断Redpitaya信号处理板输入信号幅值是否超过限压。通过观察椭圆拟合后的图形以及椭圆拟合质量灯判断当前光路状态下椭圆拟合效果是否为最佳。

　　若判断当前状态下光路可以达到椭圆拟合最佳效果，则进行干涉仪外罩及其他干涉仪元件的安装工作，最终实现干涉仪正常使用。否则，继续对光路进行调整直到达到最佳椭圆拟合效果。

　　实验前，将恒温空调开启，设置环境参数，温度为21.5℃，相对湿度为50%，保证实验环境稳定；开启气浮隔振光学实验平台，消除震动影响；将相位调制零差干涉仪与浙江理工大学硕士学位论文相位调制零差干涉纳米位移测量系统仪器化及性能评价57Renishaw激光干涉仪同时开启，使两套干涉仪测量镜背靠背安装，以保证其能够最大程度受环境影响一致，并对两套干涉仪测量镜分别经行调整，使相位调制零差干涉仪椭圆拟合效果最佳，使Renishaw干涉仪干涉信号质量指示灯全亮；待干涉仪开启两个小时后，环境趋于稳定时，开始测量，每隔500ms计数一次，测量时间为2小时。

　　实验结果：

　　如图2及图3所示为相位调制零差干涉仪与Renishaw干涉仪静态稳定对比实验测量结果。通过观察干涉仪漂移曲线发现，在2小时的实验过程中，相位调制零差干涉仪总体位移漂移值与Renishaw干涉仪位移漂移值分别约为65nm和165nm，证明相位调制零差干涉仪相同测量条件下静态稳定性优于Renishaw干涉仪；且Renishaw干涉仪漂移曲线与相位调制零差干涉仪的测量干涉仪光路漂移方向一致，漂移位移差值仅为20nm左右，因此充分证明在相位调制零差干涉仪光路中加入参考干涉仪测量光路能够有效减小底板变形等带来的测量误差。通过观察相位调制零差干涉仪10min内的位移漂移曲线发现其仅漂移约为5.5nm。

图2：静态稳定性对比实验测量结果

图3：相位调制零差干涉仪10min内的漂移范围

　　电压放大器推荐：ATA-2088

图：ATA-2088高压放大器指标参数

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