影响Fizeau干涉仪测风激光雷达测量精度因素分析

基于Fizeau干涉仪测风激光雷达是利用线列探测器来测量Fizeau条纹的中心移动,以确定由于多普勒效应产生的激光频率变化的。系统噪声及激光本身的发射频率的线宽、光束发散角、发射光及回波信号光在通过干涉仪之前的光强不均匀性,以及探测器的内部结构等因素都会影响到风速的测量精度。本文对这些因素做了较为详细的分析,为提高系统测量精度提供了参考。     

基于菲索干涉仪的边界层测风激光雷达研究

分析了多光束菲索( Fizeau)干涉仪的光学特性,以及影响干涉光谱性能的参数,并研 究了激光雷达系统接收信号能力,提出了一套基于Fizeau干涉仪和CCD探测器的边界层测风激光雷达系统。利用标准大气参数和切合实际的激光雷达系统参数,对干涉仪进行优化设计模拟计算,得到了合理的参数,满足边界层1m / s风速测量精度要求。     

基于Fizeau干涉仪的激光风速测量技术

设计和讨论了一种利用Fizeau干涉仪进行激光风速测量的原理。该系统采用Fizeau干涉仪进行信号频谱分析 ,形成的梳状干涉图案强度分布可以通过线列CCD探测器测定 ,其重心位置决定信号的多普勒频移量或径向风速。利用Monte Carlo方法模拟计算了该系统的测量精度 ,结果表明 ,在 90 %的光子数探测几率下 ,多普勒测量精度约是单个CCD探测通道谱宽的 10 % ;激光雷达系统风速测量的精度在垂直高度 2km内优于 2m/s。     

基于Fizeau干涉仪多普勒激光雷达测量的实验研究

实验实现了基于Fizeau干涉仪和线列探测器的条纹技术对多普勒频移和速度的测量。结果表明：在非常大的动态范围内,标准误差是4.2 m·s-1,等于探测器分辨率的6.4%。进一步优化Fizeau干涉仪的系统参数,能够满足测风激光雷达的精度要求。     

基于Fizeau干涉仪的大气多普勒频移检测技术

研究了基于激光条纹成像的风速测量技术,根据Fizeau干涉仪透射率函数和大气中的分子散射光谱特征对其优化设计,得到了一套基于任意光束入射的Fizeau干涉仪的系统参数。优化设计结果为Fizeau干涉仪腔长12 mm,平板反射率0.65。最后模拟了该Fizeau干涉仪对分子和气溶胶的联合测量能力。模拟仿真结果表明,在20 m J、100 Hz重复频率和接收口径200 mm条件下,风速测量误差为1 m/s,探测高度为17.8 km。     

以激光冷却干涉仪反射镜

法国高师、皮埃尔和玛丽·居里大学的研究人员报道了用激光冷却反射镜 ,可提高干涉仪测量精度。由固有热噪声导致的布朗运动是干涉仪引力波探测器精度的最大障碍。该组用 810 nm Ti∶蓝宝石激光注入反射镜后高精密腔产生的同相振动测量布朗运动。用腔信号的反馈环路调制 50 0 m W辅助光 ,以减弱相位噪声。研究人员称 ,该系统可在不影响装置灵敏度的情况下将干涉仪的热噪声减至 1/ 2 0。以激光冷却干涉仪反射镜     

多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器

设计一套测量大气风场的多普勒激光雷达系统,以种子注入的单频、高重频、脉冲紫外全固态激光器为发射光源,采用两种直接探测技术获取高低空大气风场。基于费索干涉仪（Fizeau）的条纹图像技术获取边界层和低对流层大气风场,基于双法布里珀罗干涉仪（DFP）的双边缘检测技术获取高对流层和低平流层风场。研制的单频全固态激光器输出100 Hz、30 mJ的单纵模脉冲激光,输出线宽达到傅里叶转换极限。报道了测量原理和数值模拟结果、实验样机和系统技术参数。系统将用于移动式高低空大气风场测量。     

激光多普勒测速仪方向辨别及低速测量的研究

为了解决激光多普勒测速仪速度方向辨别及低速测量的问题,利用双声光调制技术设计了光路系统测量转台的转速。在参考光模式的基础上,对参考光和信号光分别进行移频并设定一定的偏置频率,使得探测器输出信号的频率在偏置频率左右变化。理论分析和实验结果表明:双声光调制技术可以有效地辨别速度方向,并且可以实现低速测量;所设计的激光多普勒测速仪的测速精度优于0.35%。     

基于双重复频率的光时域反射仪

提出并实现一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管单光子探测器的双重复频率光时域反射仪系统.通过发送两列重复频率有差异的脉冲激光信号对同一光纤的断点进行检测.接收系统采用高速单光子探测器,保证了回返光探测灵敏度,同时也提高了数据采样的速度.通过调节两列激光脉冲重复频率,不仅可以实现系统测量距离量程的改变,而且能够改变测量精度.     

对基于Fizeau干涉仪的测风激光雷达的研究

介绍了基于Fizeau干涉仪测风激光雷达的系统结构。在已有的系统参数下,对探测器测量的频率范围和Fizeau楔角作了优化,得出的系统误差在3 km处小于0.17 m/s。讨论了不同的数据反演方法。采用Voigt拟合法对用Monte?蛳Carlo方法模拟的信号进行了多次处理,反演出的风速和实际值相差很小,标准偏差和用最小二乘拟合方法的系统误差公式值相符。表明用Voigt拟合方法反演风速是可行的,尤其在大风速情况下,其优势明显。在3 km处,当K=0.1时,探测器的盲区存在将产生约0.01 m/s的测量误差。     

632.8nm高精度移相菲佐干涉仪测量误差分析

为了满足高精度光学系统对光学元件纳米级的检测精度要求,提出了一种理论可实现纳米级测量的632.8nm移相菲佐干涉仪的设计方案。通过对检测凹面和凸面的632.8nm移相菲佐干涉仪的基本结构和测量原理的分析,指出影响干涉仪测量精度的几种主要误差:移相误差、几何结构误差、振动误差、探测器误差(非线性误差和量化误差)、光源误差(波长不稳定和强度不稳定)、空气扰动和折射率变化误差。通过对这些误差理论分析和模拟,量化了各误差对测量精度的影响,其中移相误差、几何误差、振动误差和空气折射率误差影响最为显著。根据测量精度要求和仿真结果,得到实现纳米级测量的干涉仪系统参数和环境参数设置要求。     

大口径波片空间相位延迟量误差研究

波片相位延迟量的常用检测方法只是针对激光光束直径(2 mm左右)的光束测出的平均值,对于大口径波片空间相位延迟量的检测,本文提出基于菲索干涉仪的检测方法,建立了波片的空间相位延迟量误差与干涉图样之间的理论数学模型,理论分析了影响相位延迟量误差主要因素有:光源的光谱宽度、石英晶体的空间折射率分布以及波片的面形误差；利用MATLAB程序编程,进行了数值计算,若要求波片的相位延迟量总误差小于一般波片测试误差1°,则光源的光谱宽度应小于0.2 nm,石英晶体的空间折射率分布误差应小于0.005,面形误差应小于200 nm；实验室搭建菲索干涉仪,选取了口径25.4 mm的石英波片进行测试,测试效果良好,测量精度为0.05°。     

大孔径移相式CO_2激光干涉仪

叙述了已研制成功的红外移相式数字干涉仪的原理和性能，光源为ＣＯ２激光器（λ＝１０．６μｍ），该仪器光路是斐索型干涉系统，孔径为２５０ｍｍ，不确定度ＰＶ值优于λ／１３０（２σ）；也可构成泰曼球波面干涉系统。采用压电晶体驱动参考反射镜作相位调制，完成了对热释电摄像机的热电靶的温度调制。给出红外望远系统波前和光盘基片平面度实测光程差的二维等值图和三维立体图。     

Fizeau fringe interferometer for fibre outside diameter measurements

A simple interferometer for making accurate outside diameter measurements of optical fibre is described. The apparatus, which measures the diameter in terms of Fizeau fringes, is easy to implement, requires minimal alignment and can be constructed from low-cost components. The device has a precision of ±0.03 ?m and an ultimate accuracy of 1 part in 106.     

基于Fizeau条纹技术的测风激光雷达风速反演方法

建立了基于Fizeau干涉仪的测风激光雷达后向散射信号的理论模型,并利用最小二乘拟合方法结合数值迭代方法反演风速。该方法无需确切知道实际系统参数的大小和测量时的大气状况。风速反演的精度受迭代次数的影响,而迭代初值的选取只会影响迭代的收敛速度。用Monte-Carlo方法模拟了低对流层的回波信号并进行了风速反演,验证了该风速反演方法的可行性。模拟的系统参数在0～5 km高度,由信号的散粒噪声引起的系统误差小于1 m/s。     

采用短相干光源的动态斐索干涉仪

为了实现斐索型干涉仪的动态干涉测试,研究了一种采用短相干光源的动态斐索干涉仪。以中心波长为638 nm、带宽为0.1 nm的二极管泵浦固体激光器作为光源,与偏振延迟装置结合得到一对短相干正交线偏振光,通过调节光源模块中两支线偏振光的光程差来匹配斐索干涉腔的长度,从而获取一对光程差为0的相干光束。使用偏振相机采集得到四幅位相依次相差/2的移相干涉图,按照四步移相算法解算相位,恢复待测元件的表面面形。采用光强归一化算法有效地抑制了偏振态误差导致的移相干涉图光强不一致在最终恢复波面中引入的一倍频波纹误差。采用琼斯矢量和琼斯矩阵分析了干涉图对比度与s光和p光光强比值的关系,并分析了1/4波片方位角误差对最终恢复波面的影响。利用该装置和Zygo GPI XP型干涉仪测量了同一块光学平晶,其均方根值相差0.024,峰谷值相差0.026。     

高灵敏度的多波长多光束干涉仪

作者用多纵模He-Ne激光照明多光束Fabry-Perot或Fizeau干涉仪,在一个自由光谱范围内,形成与不同波长对应的子条纹,相邻条纹间的间隔代表的波长数依赖于He-Ne激光腔的光学长度npL与F-P腔长nd之比r=nd/npL.当r是整数时,不同波长对应的相邻干涉级次相互重叠,条纹间隔为λ/2且强度最大;当r是分数时,r=N/M,N,M为互质的整数,相邻条纹之间间隔为λ/2M.不难做到M=10,条纹间隔为K/20.由于多光束干涉条纹细而锐,有利于读数精度提高,可以测量λ/500的程差变化,不需内插就可以给出空间分布的足够信息.这对光学元件的高精度面形检验及低密度流场显示有实际的应用前景.给出了应用的若干例子.