激光自混合干涉式位移测量数值模拟及实验研究

对激光自混合干涉式位移测量原理进行了数值模拟和实验研究。首先，从三镜法布里珀罗腔理论出发，得到了基于半导体激光自混合干涉原理的位移测量模型，在此基础上对多种波形调制外反射体位移情况下激光自混合干涉信号进行了理论分析，证实信号倾斜方向发生反转的间隔条纹数目对应反射体位移的幅值范围；反射体有半个波长的位移，信号即输出一个完整的条纹；反馈强度的增加将增大输出条纹的倾斜。对信号倾斜现象进一步分析发现，当反射体位移减小时，信号向左倾斜，反之向右。造成信号倾斜的原因是由于高反馈强度下引起的非线性相位调制了输出信号强度。这些结论同样适用于任意波形调制的反射体位移。实验测试结果同理论分析吻合较好。     

非准直外腔He-Ne激光自混合干涉

从三镜法布里-珀罗(F-P)腔出发,建立了非准直外腔三重回馈白混合干涉的理论模型,并进行了数值模拟和实验验证.分析了3种情况下影响自混合干涉光强调谐特性的因素:1)准直外腔二,三重回馈;2)非准直外腔二,三重回馈;3)外腔加入λ/4波片时的回馈.实验结果与理论分析相吻合.研究表明,该自混合干涉系统的分辨率达到λ/6;自混合干涉输出信号与腔反射镜的反射率、外腔的准直性以及腔内置入镜片有关;外腔中加入λ/4波片时的自混合干涉信号与非准直外腔自混合干涉信号类似;二,三重回馈自混合干涉信号携带了反射体位移方向信息,因而更易实现位移方向判断.     

基于EMD算法的双外腔激光自混合微振动测量

基于激光自混合理论,提出了一种双外腔激光自混合干涉信号分离的方法,以实现两路微振动的同时测量。用EMD算法对不同频率的两路激光自混合信号进行分离。以原始信号和各IMF分量的互相关系数作为判断依据,选择出高频一路所需的IMF分量。根据两路自混合信号具有线性叠加的性质,原始信号减去高频一路信号即得低频一路信号。对分离出的每一路信号进行频谱分析,利用主频阶次判定法实现振幅重构。结果表明,仿真和实验信号均能有效被分离。     

激光腔内多模场的振荡特性分析

本文用半经典理论结构分析了激光腔内多模场与原子的相互作用，得到了腔内多模场的振幅和频率方程，并详细讨论了双模振荡的模式竞争情况。     

多模光纤出射光束光强分布的研究

采用横向偏移法测量以LED为激励源的多模光纤纤芯截面光强分布和出射光束的传输特性，将光强分布从近距光强分布和远距光强分布两方面进行讨论，比较分析了理论曲线与实验曲线，指出LED作为光源的多模光纤光强分布非常有利于光耦合，并可通过测量多模光纤光强分布得到光纤数值孔径的大小。     

多外腔自混合干涉现象的理论与实验

考虑激光器外有多个反射体时所产生的自混合干涉现象，运用薄膜干涉理论，对弱光反馈条件下的多外腔自混合干涉理论进行了研究。基于复合腔激光器结构，建立了理论模型。理论分析构造了一个含有五个反射面的自混合干涉模型，模型是由三个外腔构成的多外腔自混合干涉。对模型进行了理论分析及数值仿真，得出在弱光反馈条件下，多外腔自混合干涉信号类似于传统的自混合干涉信号，为一类正弦波(外部反射率较小时)或类锯齿波(外部反射率较大时)。设计了实验系统，给出了实验结果并进行了验证。如果忽略多外腔的结构，理论所得结果与简单的三镜腔自混合干涉结构所得结果一致。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

小型光泵远红外激光的放大过程

利用三能级系统的密度矩阵方程，通过迭代法计算了小型光泵ＮＨ３分子远红外激光器（ｍｉ－ｎｉ－ＮＨ３－ＯＰＦＩＲＬ）的介质增益Ｇｓ沿激光管的变化规律以及远红外信号光强Ｉｓ沿激光管的放大过程。计算表明激光管有激活区和饱和区，对一定管长的ｍｉｎｉ－ＮＨ３－ＯＰＦＩＲＬ，在一定范围内工作气压的提高，主要使Ｇｓ的峰值增大，同时使激活区缩短，考虑散射损耗和自吸收效应后，Ｇｓ峰值的提高对总的输出光强贡献不大。而泵浦光强Ｉｐ０的增大，有利于激光管内的介质沿光轴方向均匀激活，从而提高总的输出光强。另外，信号频偏对ｍｉｎｉ－ＮＨ３－ＯＰＦＩＲＬ的激光放大过程有较大的影响     

小波分析在激光自混合干涉位移传感器中的应用

为减小激光自混合干涉位移传感器测量误差,提 出了基于小波分析的自混合干涉信号 处理方法。在进行全相位快速傅里叶变 换(FFT)解调相位之前,利用离散小波分解、重构去除自混合干涉归一化信号的奇异点 ,有效降低调制电流斜率突变引入的高次 谐波干扰,同时去除高频随机噪声干扰。简述了自混合干涉位移测量原理,介 绍了基于小波分析的自混合干涉信号处理算法原理并进行了算法仿真,采用数值仿 真分析了系统反馈水平及调制参数对测量误差的影响,利用压 电陶瓷(PZT)对自混合干涉位移测量系统进行标定。结果表明,位移测量误差减小到2.45nm。应用小波分析处理干涉信号可减小激光自混合干涉位移传感器的 测量误差。     

半导体激光自混合干涉理论研究

信号的不对称性是激光自混合干涉效应的重要特性之一，它提供了对物体运动方向的直接判别依据。利用双镜等效模型，对自混合干涉效应进行了理论分析，推导出干涉信号理论模型的数学表达式，阐述了信号不对称性形成的机理；仿真结果与已有的实验结论是一致的