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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．

In this study, the spectral dimensional transformation of unequal two-axis lattice is carried out, and the optical position of XY two-axis lattice is created. Therefore, it is difficult to construct the Z-position fusion. In addition, the reliability of the state standard is guaranteed, and the extremely high-precision multi-axis "absolute" position detection is realized. A new principle of XY position measurement is introduced to investigate the effect of Z position measurement on the fusion direction of XY position measurement and Z position measurement. After that, the optical interference signal generated by the 2-axis lattice is used for the XY 2-axis absolute position information of the measurement point, the ± 1-order reflection, the multi-dimensional conversion, the differential detection, and the construction of the XY 2-axis absolute position optical system. Finally, note 2: The optical system is assembled and the XYZ 3-axis "absolute" position is constructed, and the performance is realized. In 2002 and 2004, we planned to construct a new optical system for the first time. The basic characteristics of the optical system are evaluated by measuring the inclination angle of the surface and determining the position of the optical axis. A new principle for measuring the tilt angle of a plane with high accuracy is proposed. The detector of confocal optical system is used to detect the nonlinear optical phenomenon. The second high profile wave generator (SHG) is developed in BBO crystal. This paper discusses the possibility of realizing the measurement of XY absolute position by means of spatial interference optical system.