宇航计测技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1): 7-12.doi: 10.12060/j.issn.1000-7202.2025.01.02

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用于超高分辨率位移测量的迈克尔逊激光器

秦晓敏1，刘子捷1，王志洋1，史航博1，卢子奇1，史田田2，陈景标1,3,*   

  1. 1.北京大学电子学院，量子电子学研究所，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，北京 100871；

    2.北京大学集成电路学院，微米/纳米加工技术国家重点实验室，北京 100871；

    3.合肥国家实验室，合肥 230088
  • 出版日期:2025-03-15 发布日期:2025-03-27
  • 作者简介:秦晓敏（1999-），女，在读博士研究生，主要研究方向：超稳激光、精密测量技术。
  • 基金资助:
    科技创新2030“量子通信与量子计算机”重大项目（2021ZD0303200）；国家自然科学基金项目（62405007）资助。

Michelson Lasers for Ultra-high Resolution Displacement Measurement

QIN Xiaomin1,LIU Zijie1,WANG Zhiyang1,SHI Hangbo1,LU Ziqi1,SHI Tiantian2,CHEN Jingbiao1,3,*   

  1. 1.State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks,Institute of Quantum Electronics,School of Electronics,Peking University,Beijing 100871,China;

    2.National Key Laboratory of Advanced Micro and Nano Manufacture Technology,School of Integrated Circuits,Peking University,Beijing 100871,China;

    3.Hefei National Laboratory,Hefei 230088,China
  • Online:2025-03-15 Published:2025-03-27

PDF (PC)

摘要： 高分辨率位移测量对于光刻机、精密加工、生物探测等领域具有重要的作用。提出一种基于迈克尔逊激光器的新型位移测量方案，与传统激光干涉方案采用电子细分干涉条纹方法不同，该方案将位移测量溯源到激光频率测量，实现位移的高分辨率测量。搭建一种基于法拉第原子滤光器的法拉第-迈克尔逊激光器构型，利用窄带宽的法拉第反常色散原子滤光器作为选频器件，实现两路激光模式的同时起振输出，并初步测试了系统的位移测量分辨率，证实了方案的可行性。由于频率测量可以达到远超12位的分辨率，因此该方案理论上可以实现pm甚至优于pm的位移测量分辨率，为未来的高分辨率位移测量提供新思路。

关键词: 高分辨率, 几何量测量, 拍频, 激光器, 激光干涉仪

Abstract: High-resolution displacement measurement is crucial in lithography,precision machining,biomedical detection,and other fields.In this paper,we propose a novel displacement measurement scheme based on Michelson lasers.Different from the traditional laser interferometers using electronic subdivision interference fringe method,Michelson lasers trace displacement measurement to laser frequency measurement with high resolution.Furthermore,we present and demonstrate a Faraday-Michelson laser utilizing the narrowband Faraday anomalous dispersion atomic filter as the frequency selection device,enabling simultaneous oscillation output of two laser modes,and preliminarily test the displacement measurement resolution of the system.As frequency measurement has a resolution well over 12 digits,our scheme can theoretically reach a displacement measurement resolution in pm or even finer,paving the way for future advancements in high-resolution displacement measurement.

Key words: High resolution, Geometric measurement, Beat frequency, Laser, Laser interferometer

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