半导体激光器自混合振动系统优化研究

为了优化半导体激光自混合振动测量系统,本文采用三镜腔理论模型,结合激光自混合振动测量的实验结果,利用数值模拟的方法对激光自混合振动信号进行仿真分析,获得了不同外腔耦合系数ζ(0.25×10-4～1.75×10-4)以及不同半导体激光器(LD)线宽展宽因子α(1～5)下自混合振动测量信号的时域特性。结果表明,较大的外腔耦合效率ζ和LD线宽展宽因子α能够获得信噪比更大、方向性更好的激光自混合振动波形。     

从激光二极管自混合干涉信号重建振动信号

激光二极管(LD)自混合干涉用于振动测量的关键技术之一是从自混合干涉信号重建振动信号.用整形后的自混合干涉信号驱动模拟开关,开关电容做电荷转移来实现频率电压变换,用振动的激励信号驱动模拟开关让电容充电电源随振动的相位变化做倒相变换,从激光二极管自混合干涉信号中还原振动信号.还原出的信号的振幅与振动的振幅成正比,还原出的振动信号的波形与振动激励信号的波形一致.只要能从自混合干涉信号实时自动地提取外腔振动的周期及相位信号,该频率电压变换方法可以用于重建任意振动的信号.     

一种基于电流调制和DSP解调的激光自混合干涉测振仪

研究了半导体激光自混合干涉测振仪的调制与解调技术。设计了基于电流调制和DSP解调的半导体激光自混合干涉测量系统,实现对振动物体的非接触式测量。分析了激光自混合干涉测振仪的理论模型,并用Matlab进行了仿真和误差分析。研究了系统的调制解调技术及基于DSP的数据采集与处理系统。该系统体积小、成本低、易于准直。提出的测振仪能够测量振动频率在5kHz内的物体振动频率、振幅及振动波形,振动幅度测量精度可达0.325μm。     

光反馈光强度参数的频率响应

对2 kHz以下频率范围的压电陶瓷振动自混合干涉现象进行了实验观察和测量.实验中发现在固定光路和恒流驱动情况下,光反馈强度参数C会随着压电陶瓷振动频率的变化而变化,对该现象进行了理论分析,并对光反馈强度因子C和线宽展宽因子α进行了测量,验证了α为不同压电陶瓷振动频率下引起C值变化的因素.     

光纤声光调制器的高频驱动器

光纤声光调制器驱动器作为光纤激光器的重要组成部分,其性能参数对激光品质具有重要影响。该文设计了高频、高功率驱动器方案。该方案通过20²00kHz脉冲信号控制模拟开关实现脉冲信号和150 MHz载波信号的二进制幅度键控(2ASK)调制,调制信号经功率放大器放大,进行阻抗匹配后输出到声光调制器,驱动声光调制器工作。驱动信号的频率为20200kHz脉冲信号控制模拟开关实现脉冲信号和150 MHz载波信号的二进制幅度键控(2ASK)调制,调制信号经功率放大器放大,进行阻抗匹配后输出到声光调制器,驱动声光调制器工作。驱动信号的频率为20²00kHz,功率为3 W。     

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。     

分布式全光纤微振动传感器研究

振动主动控制是消除干扰和提高机械加工精度的主要手段之一。振动主动控制的前提是对频率在5kHz以上微振动信号进行准确测量。针对现有光纤光栅传感器在测量高频微振动信号上存在的频率低、结构复杂、无法分布式测量等不足,采用频率调制连续波(FMCW)技术结合光强度调制,设计了一种全光纤分布式微振传感器,并通过压电换能器(PZT)微振测量实验和仿真对传感器的性能进行验证,能够分布式测量频率最高为60kHz的微振动信号。     

自混合干涉型振动仪应用于PZT特性的测量

激光自混合干涉(SMI)是新浮现的一种干涉测试技术,其利用出射激光束的一小部分光被外部物体反射或散射后馈回激光腔形成单光束自混合干涉,这种干涉信号携载被照射的物体的运动信息,可以用于振动、位移等参数的测量。本文基于该原理设计出对压电陶瓷(PZT)动态特性测量的装置。通过对圆柱形单层和叠片式PZT样品测试,结果表明,利用激光SMI测量PZT特性,实验装置结构简单,可以实现高精度适时检测PZT动态响应和滞回特性。     

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。     

基于相位调制器的宽带窄线宽的线性调频激光源的产生

提出了一种基于相位调制器(PM)和可调谐光滤波器产生线性调频激光信号的方法。该方法利用带有基频的微波线性调频信号作为相位调制器的驱动信号,窄线宽的激光种子源经相位调制器调制后产生一系列的宽带线性调频激光信号。通过可调谐光滤波器抑制其他边带保留所需阶次的线性调频激光信号。实验结果表明:当光滤波器保留正二阶调频激光信号时,获得了调频带宽为2 GHz、调频速率为6 THz/s的线性调频激光信号。在观测时间为1 ms时,测得的线性调频激光信号的瞬时线宽为3.2 kHz。该方法结构简单,易于实现,并且对调频连续波激光雷达、相干光谱分析等测量应用有重要意义。     

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%。     

宽谱太赫兹量子级联激光器的自混合特性

基于传输矩阵理论及多模速率方程,研究了宽谱太赫兹量子级联激光器在不同光反馈强度下的自混合动力学特性.研究发现,在弱反馈下光场自混合对激光器光谱特性影响很小;反射物位置移动时的自混合信号呈正弦规律变化,同时自混合信号幅度随反射物位置的变化表现出周期性调制现象.宽谱量子级联激光器在弱反馈下可以应用于测距、成像及光谱测量.在...     

基于全光纤自混合干涉技术的微振动测量研究

为了解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等不足,采用全光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光,设计了一套全光纤自混合干涉测量系统;建立了反射面为镜面时自聚焦透镜收集效率的理论模型,在理论上论证了全光纤自混合干涉测量系统的可行性;最后搭建了全光纤自混合干涉测量系统,并以铝膜作为反射面,进行了微振动实验研究.结果表明,该系统能获得较好的实验信号,可以解决自由空间自混合干涉测量系统工作距离短、易受环境干扰等问题.     

正交偏振光分开探测的He-Ne激光自混合干涉的实验研究

实验研究了He-Ne激光的一般自混合干涉和垂直偏振光分开探测的自混合干涉。研究表明,由于相邻纵模的模竞争效应,在垂直偏振光分开探测的He-Ne激光自混合干涉输出光强中,始终有一种光强占优势。这种优势是随机的,并且与自混合干涉前的光的偏振态无关。     

半导体激光自混合干涉的弱光反馈模型

文章针对弱光反馈情形，对基于光反馈效应的激光自混合干涉模型进行了探讨。采用双空模型，从增益阈值和振荡效率方面给出了理论模型。该模型很了地解释了激光自混合干涉现象。最后分析了一实用光纤自一干涉系统的数学模型。     

Self-Mixing Speckle in an Erbium-Doped Fiber Ring Laser and Its Application to Velocity Sensing

In this letter, a new study of self-mixing speckle in an erbium-doped fiber ring (EDFR) laser and its application to velocity sensing is presented. We have experimentally built a fiber laser based on a ring cavity by using a packaged erbium-doped fiber amplifier and applied it to the self-mixing speckle experiments. We have also given theoretical analysis of the model of self-mixing speckle in the EDFR laser and the variation of the output power of the laser is deduced. The speckle signal has been statistically analyzed and found submitting to Gaussian distribution. For its utility to velocity sensing, the speckle signals at different velocities are processed through calculating the number of box by the fractal theory. A linear relationship between the number of box and velocity is obtained. The experimental result shows that the self-mixing speckle signal in EDFR laser can be used in velocity sensing.     

边发射半导体激光器自混合测速仪研究

采用边发射半导体激光器作为激光自混合速度测量系统的激光光源,针对不同表面类型、采样时间、注入电流、信号处理系统对自混合测速结果的影响进行实验研究和讨论分析。结果表明不同反馈表明和采样时间（0.1S,1S）均能满足高精度测速要求。同时,实验中采用合适的激光工作电流（激光器阈值电流1.1倍以上）并结合零点控制技术能够获得信噪比更大激光自混合测速信号。这些结论对深入分析自混合信号的产生机理以及半导体激光自混合测量系统的优化具有参考意义。     

Self-mixing interference inside a single-mode diode laser foroptical sensing applications

This paper presents a theoretical analysis and a comparison with experimental results on self-mixing interference inside a single-longitudinal-mode diode laser. A theoretical model, based on the steady-state equations of the lasing condition in a Fabry-Perot type laser cavity, is described, and through it a satisfactory analysis of self-mixing interference for optical sensing applications is given. In this work, the self-mixing interference produced by an external optical feedback is found to be due to the variations in the threshold gain and in the spectral distribution of the laser output. The gain variation results in an optical intensity modulation, and the spectral variation determines both the modulation waveform and the coherence properties of the interference. The theoretical analysis of the self-mixing interference is seen to yield a simulation of the laser power modulation which is in good agreement with the experiment results reported