實驗名(ming)稱：改(gai)進后(hou)的PGC解調算法位移測量實驗

　　實驗(yan)目的(de)：驗(yan)證改進后的(de)PGC解調(diao)算法(fa)在實際應用中對(dui)由相位延遲及調(diao)制深度引入的(de)非線(xian)性誤差的(de)抑制效(xiao)果。

　　測(ce)試設(she)備：電(dian)壓(ya)放大器、函數發(fa)生(sheng)器、穩頻激光器、電(dian)光相(xiang)位調制器、探測(ce)器等。

　　實驗過程：

　　圖(tu)1：基于EOM調制的正弦相位調制干(gan)涉(she)儀(yi)原理圖(tu)及(ji)實驗裝置(zhi)圖(tu)

　　搭(da)建了(le)基于EOM調(diao)制的(de)正弦相位(wei)(wei)調(diao)制干涉儀如圖1所示，光(guang)(guang)源(yuan)部分(fen)的(de)He-Ne穩頻激光(guang)(guang)器型(xing)號為(wei)(wei)XL-80，輸出光(guang)(guang)的(de)波長為(wei)(wei)632.990577nm，光(guang)(guang)路(lu)結(jie)構中使用的(de)四分(fen)之一波片QWP、分(fen)束立方體BS、角錐棱鏡M1和(he)M2、電光(guang)(guang)相位(wei)(wei)調(diao)制器EOM及探測器PD，固定測量鏡M2的(de)導軌，該導軌總(zong)運動(dong)范圍為(wei)(wei)15μm，單向(xiang)重(zhong)復定位(wei)(wei)精度(du)為(wei)(wei)1nm，位(wei)(wei)移分(fen)辨(bian)率為(wei)(wei)0.05nm。

　　實(shi)驗中(zhong)(zhong)，正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)調(diao)制(zhi)(zhi)信號由FPGA開發(fa)板產(chan)生并通過(guo)DAC模塊輸(shu)出，經(jing)過(guo)一級運放(fang)放(fang)大(da)(da)后再經(jing)過(guo)高壓放(fang)大(da)(da)器(qi)放(fang)大(da)(da)（放(fang)大(da)(da)20倍），最終連接(jie)至(zhi)EOM進行驅動。通過(guo)調(diao)整(zheng)正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)調(diao)制(zhi)(zhi)信號的(de)初相(xiang)(xiang)位(wei)及(ji)幅值(zhi)，可以控制(zhi)(zhi)實(shi)驗系統(tong)中(zhong)(zhong)的(de)相(xiang)(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)及(ji)調(diao)制(zhi)(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)。函數發(fa)生器(qi)輸(shu)出正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)信號至(zhi)P-753.1CD導(dao)軌(gui)Analogin輸(shu)入端，控制(zhi)(zhi)導(dao)軌(gui)在(zai)1000nm范(fan)圍內進行正(zheng)(zheng)弦(xian)(xian)運動，頻率為350Hz。分別在(zai)三種不同的(de)相(xiang)(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)及(ji)調(diao)制(zhi)(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)情(qing)況(kuang)下進行相(xiang)(xiang)位(wei)解調(diao)（1.調(diao)制(zhi)(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)2.63rad、相(xiang)(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)0°；2.調(diao)制(zhi)(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)2.63rad、相(xiang)(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)80°；3.調(diao)制(zhi)(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)2.23rad、相(xiang)(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)0°）。作(zuo)為對(dui)比，在(zai)相(xiang)(xiang)同相(xiang)(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)、調(diao)制(zhi)(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)下同時使用PGC-Arctan算法(fa)進行相(xiang)(xiang)位(wei)解調(diao)。同時記錄(lu)改進后PGC相(xiang)(xiang)位(wei)解調(diao)算法(fa)與PGC-Arctan解調(diao)算法(fa)的(de)測(ce)量(liang)結(jie)果。

　　實驗結果：

　　圖(tu)(tu)2和(he)表1為(wei)(wei)(wei)不同相位(wei)延(yan)遲及調(diao)(diao)(diao)(diao)制(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正弦(xian)(xian)位(wei)移(yi)(yi)實(shi)驗結果。其(qi)中(zhong)(zhong)，圖(tu)(tu)2(a)、圖(tu)(tu)2(c)和(he)圖(tu)(tu)2(e)展示(shi)了兩種算(suan)(suan)法(fa)(fa)解調(diao)(diao)(diao)(diao)位(wei)移(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)(zhuang)受(shou)相位(wei)延(yan)遲及調(diao)(diao)(diao)(diao)制(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響情況；圖(tu)(tu)2(b)、圖(tu)(tu)2(d)和(he)圖(tu)(tu)2(f)為(wei)(wei)(wei)兩種算(suan)(suan)法(fa)(fa)解調(diao)(diao)(diao)(diao)位(wei)移(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)FFT分析，FFT使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)窗(chuang)函(han)數為(wei)(wei)(wei)漢寧窗(chuang)，圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)700Hz、1050Hz等(deng)處對應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2階至(zhi)8階諧波分量(liang)可(ke)以體現解調(diao)(diao)(diao)(diao)結果中(zhong)(zhong)非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大小。將兩種算(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)THD和(he)SINAD在表4.1中(zhong)(zhong)進行(xing)了統計(ji)，從實(shi)驗結果中(zhong)(zhong)可(ke)以看出，當調(diao)(diao)(diao)(diao)制(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)2.63rad、相位(wei)延(yan)遲為(wei)(wei)(wei)0°時，兩種算(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差均(jun)(jun)低于(yu)1nm，解調(diao)(diao)(diao)(diao)位(wei)移(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)(zhuang)都(dou)為(wei)(wei)(wei)理(li)想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正弦(xian)(xian)。當相位(wei)延(yan)遲為(wei)(wei)(wei)0°、調(diao)(diao)(diao)(diao)制(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)變為(wei)(wei)(wei)2.23rad時，PGC-Arctan算(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)解調(diao)(diao)(diao)(diao)位(wei)移(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)(zhuang)受(shou)到影(ying)(ying)響，非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差也(ye)大于(yu)5nm，此時THD升高至(zhi)1.171%，SINAD降(jiang)低至(zhi)38.54dB。當調(diao)(diao)(diao)(diao)制(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)為(wei)(wei)(wei)2.63rad、相位(wei)延(yan)遲變為(wei)(wei)(wei)80°時，PGC-Arctan算(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)解調(diao)(diao)(diao)(diao)位(wei)移(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)(zhuang)也(ye)明顯受(shou)到影(ying)(ying)響，非(fei)線(xian)性(xing)誤(wu)差超(chao)過了10nm，此時THD升高至(zhi)4.618%，SINAD降(jiang)低至(zhi)26.71dB。而在三種情況下，改進后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PGC解調(diao)(diao)(diao)(diao)算(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)解調(diao)(diao)(diao)(diao)位(wei)移(yi)(yi)始終為(wei)(wei)(wei)理(li)想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正弦(xian)(xian)，且THD均(jun)(jun)低于(yu)0.12%、SINAD均(jun)(jun)高于(yu)58dB，表明改進后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)PGC解調(diao)(diao)(diao)(diao)算(suan)(suan)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)解調(diao)(diao)(diao)(diao)結果不受(shou)相位(wei)延(yan)遲及調(diao)(diao)(diao)(diao)制(zhi)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。

　　圖2：不(bu)同相(xiang)位(wei)延(yan)遲及(ji)調制深度下的(de)正弦位(wei)移(yi)實驗結果

　　表(biao)1：解調(diao)位移的FFT分析結果

　　電壓放大器(qi)推薦：ATA-2082

　　圖：ATA-2082高壓放大器指標參數

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