中文摘要：

本项目围绕纳米制造学科中几何量和机械量计量的科学问题，探索原创性的激光纳米测量的新方法。旨在建立微纳机电系统制造过程中位移和振动量的精确表征与计量方法，为纳米制造技术走自主创新之路提供新型的微纳米测试计量仪器。本项目从激光源、干涉方法和光路结构进行测量技术的创新，研究混合型光纤干涉方法（激光自混合和F-P光纤复合干涉）以及用于微纳机电系统的微纳米测量技术。把激光自混合干涉理论和光纤F-P干涉技术结合，用单模光纤将DFB激光器、光电探测器和无源器件（WDM、FBG和耦合器）组合成为测量纳米位移的干涉探头，使干涉仪具有挠性和小型化的优点，可以实现微纳机电系统的微纳米级位移的实时跨尺度测量，位移测量精度可达到1纳米。这些研究结果将构成新的系统的混合型光纤干涉理论与技术。对于发展新型的纳米测试计量仪器具有重要的科学意义和研究价值。

结论摘要：

本项目从激光源、干涉方法和光路结构进行测量技术的创新，探索原创性的激光纳米测量的新方法。研究混合型光纤干涉方法（激光自混合和F-P光纤复合干涉）以及用于微纳机电系统的微纳米测量技术。虽然激光自混合干涉系统具有结构简单、易准直等优点，但是干涉信号偏离正弦，影响测量准确性和量值溯源。本项目把激光自混合干涉、F-P 干涉以及相位调制技术结合，实现微纳米级位移的实时跨尺度测量，位移测量精度可达到1纳米。和光纤技术结合，用单模光纤将DFB激光器、光电探测器和无源器件（WDM、FBG和耦合器）连接成为测量位移的探头，使干涉仪具有挠性和小型化的优点。本文主要的创新点有 1、提出了一种基于光纤激光器自混合干涉效应的高精度微位移测量方法。采用光纤激光器作为系统光源，利用光纤相位调制器对光束进行正弦相位调制。理论分析了环形腔光纤激光器自混合干涉信号的正弦相位调制和傅里叶变换解调算法，并对相位调制不稳定性及外腔多重反馈对测量结果的影响进行了讨论。系统的位移测量精度达到λ/20，稳定、可靠，在激光测量和传感领域极具潜力。 2、结合激光自混合干涉理论和F-P干涉技术，提出和研究了激光自混合和F-P的复合干涉技术。用激光自混合干涉和傅里叶变换方法实现亚微米级位移的实时测量，用F-P干涉仪实现纳米级位移的实时测量。设计了一种基于F-P腔干涉的强度解调型微位移传感器。基于一次谐波腔长锁定技术，利用电光晶体在F-P腔内直接调制光束的相位，对初始腔长进行动态锁定，实现待测目标微小位移的实时精确测量。采用强度解调方法，有效地提高了测量系统的带宽范围，实验测量结果表明，系统在λ/4的振幅范围内可以获得优于1nm的测量精度。 3、研制了相位调制型激光自混合干涉仪，实现了仪器创新。用电光晶体对激光束进行正弦相位调制，采用高精度相位解调技术（含时域解调和频域解调）分析信号。该干涉仪调制精度高、稳定性好，无附加光强变化，实现了大尺度高分辨率的位移和距离测量。在300mm范围内不确定度为0.2μm，而在100μm范围内不确定度为10nm，该干涉仪适用于微纳机电系统制造过程中要求大量程和纳米级测量分辨率的场合。提出的混合型干涉方法把激光自混合干涉理论和光纤F-P 干涉技术结合，用自混合干涉和相位调制方法实现亚微米级位移的实时测量；用F-P 干涉仪追踪微小的振动信号和强度法，实现纳米级位移的实时测量。