一种半导体激光自混合效应模型参数的测量方法

从半导体激光自混合干涉系统的一般模型公式出发,建立了一个非线性函数模型,利用非线性最小二乘法的曲线拟合,来估计半导体激光自混合效应的模型参数——线宽展宽因数和光反馈因数。经计算仿真分析表明,该算法有较好的收敛性,迭代次数少且参数估计精度高,是半导体激光自混合效应参数测量的一种有效方法。     

激光自混合干涉位移测量系统的稳态解

近年来,关于激光自混合效应及其应用有很多报道,我们已对弱光反馈水平下和较高反馈水平下自混合效应作了研究,并研究了利用该效应进行位移测量的技术.本文则针对激光自混合干涉位移测量系统的稳态解,进行分析,从理论上确定系统稳态运行条件. 本文通过求解所建立的激光自混合干涉位移测量系统模型的相位方程,确定其单值解和多值解时边界条件,经稳态模分析,确定系统稳态运行的参数选择规则.该结论提供了系统设计准则.(OE26)     

LD泵浦单模绿光激光器自混合干涉效应的研究

从自混合干涉效应的等效F-P腔模型出发，研究了LD泵浦的单模绿光激光器的自混合干涉效应，建立了一般模型。该模型适用于强反馈以及多重光反馈下的自混合干涉效应和弱光反馈水平的情况，也可以转化到其它文献所报道的模型。实验结果表明，该绿光激光器的位移测量精度比半导体激光器的测量精度提高了100nm以上。     

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。     

半导体激光自混合变速测量的离散Chirp-Fourier变换方法

当外部激光被反射回激光内腔时,反馈光与激光器腔内光混合,调制激光器的输出功率和频率,通过信号处理可以得到物体运动的多普勒频率,从而计算出物体的运动速度。基于这种特性,设计出一种激光自混合干涉仪,为了知道该技术是否适用于变速测量,对激光自混合用于变速运动物体的速度测量进行了探索。基于激光自混合三镜腔模型,建立了激光自混合用于变速测量的数学模型,提出了基于该模型的特征参量提取方法,该方法基于离散Chirp-Fourier变换理论。对激光自混合输出信号进行离散Chirp-Fourier变换,变换结果的主瓣坐标反映了物体运动的速度及加速度信息。最后,对该方法进行了仿真分析,在SNR=0 dB和SNR=7 dB的情况下,能较好地获得物体的速度和加速度信息。因此,仿真试验证明:该方法在较低信噪比的情况下仍能有效提取物体的速度及加速度信息。     

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%。     

激光自混合干涉测速技术

讨论了激光自混合测速的原理、发展现状及关键技术。基于三镜腔模型,详细讨论了激光自混合测速的原理。反馈光与激光器腔内光混合,调制激光器的输出功率和频率,通过信号处理得到频移量,从而计算出物体的运动速度。当前,激光自混合测速技术尚处于发展阶段。主要针对低速、匀速的运动物体,速度测量范围为几mm/s至几十m/s,测量精度为1%;尚未建立普遍适用的测速模型,对影响自混合测速精度的因素研究还不成熟;信号处理和硬件实现的报道较少。激光自混合测速还有许多关键技术有待解决:高速、变速运动对象测速未见报道;高精度、大动态范围的信号处理技术有待发展;需要研究普遍适用的用于速度方向辨别的方法等。     

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。     

多模激光自混合干涉实验与理论分析

根据单模激光自混合干涉的基本理论，基于多模竞争，建立多模激光自混合干涉模型，分析多模激光的自混合干涉波形。理论分析与实验观察表明，多模自混合干涉信号是激光管腔长的谐波函数，利用光强波 包络信号可进行大量程测量；激光模数增加有利于测量分辨率的提高；光强波动信号对应激光管等效腔长的整数倍时，可获得最大干涉信号调制深度。     

光反馈自混合干涉系统反馈水平的研究与测量

为了能够较为准确地获得光反馈自混合干涉测量系统的反馈水平,采用仿真分析光反馈自混合干涉信号和求解Lang-Kobayashi方程的方法,得出反馈水平越高,光反馈自混合干涉信号上干涉条纹的谷值与下干涉条纹峰值之差越大,当反馈水平因子大于7.8时,一些干涉条纹将消失;同时由滞回现象可以推导出反馈水平因子的测量公式,建立了测量模型,并进行了仿真和实验验证。结果表明,光反馈自混合信号干涉条纹幅度受反馈水平影响;利用提出的测量模型可以判断光反馈自混合干涉实验信号的反馈水平机制,当光反馈水平因子介于1和7.8之间时可以测出具体的光反馈水平因子值。     

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     

Optical feedback effects on the spectral linewidth of semiconductorlaser sensors using self-mixing interference

The spectral characteristics of a semiconductor laser are significantly affected by optical feedback in the active cavity of the diode. In this paper, the influence of weak optical feedback on the linewidth is examined and a new relationship proposed. Feedback-induced changes in the power spectral density are also determined by a theoretical analytical model, in good agreements with experiments. These results are then discussed for sensing applications using self-mixing interference, as the maximum range of distance and displacement sensors can be limited by half the coherence length of the laser diode modified by the optical feedback     

Self-Mixing Interference in Fiber Ring Laser With Parallel Dual-Channel

A new approach for self-mixing interference in fiber ring laser with a parallel dual-channel is presented. The output power of the dual-channel with optical feedback is theoretically deduced and simulated based on the transcendental equation of fiber ring laser. The output variation and modes competition between the two channels in a fiber laser is also analyzed. We demonstrate this system to measure the movement of two targets, and discuss the influence on self-mixing interference under the different feedback conditions. The experimental results show a good agreement with the simulation, and indicate that the self-mixing interference with parallel dual-channel is an efficient approach for multiple displacement measurement.      

基于光反馈自混合干涉的位移测量算法设计及滤波

为实现适度光反馈机制下位移的测量,研究设计了基于相位解卷的位移测量算法。为了提高测量精度,对光反馈自混合干涉信号进行了预处理,重点研究了光反馈自混合干涉信号的滤波问题。通过仿真和实验,验证了本文方法的可行性。在光反馈自混合干涉位移测量系统中,使用本文所设计的方法可以重构出高精度的物体振动轨迹。     

适度反馈下半导体激光器自混合干涉效应与微振动测量研究

根据光反馈自混合干涉效应的基本理论模型,通过求解适度反馈下的相位方程,讨论了半导体激光器的运行模态及特性,并搭建自混合干涉测量实验系统进行实验研究,与模拟仿真结果进行对比分析。在此基础上,实验研究表明扬声器的振幅与驱动电压成良好的线性关系。     

适度光反馈机制下线宽展宽因数的自动测量

介绍了光反馈自混合干涉(OFSMI)法测量半导体激光器线宽展宽因数(LEF)的基本原理。针对不同参数条件,分析了该测量方法的理论误差,找出了最佳测量条件和最佳测量条纹位置。并根据光反馈自混合干涉信号特点,设计了一个自动测量算法。该算法可以自动识别提取一个振动周期内的光反馈自混合干涉信号所有特征值,采用最佳测量条纹位置所对应的特征值,就可以精确得到线宽展宽因数。仿真数据验证了自动测量算法的正确性。实验结果表明,自动测量算法在实际数据处理时测量参数的精确度较好,当自混合信号的峰-峰值为1.75 V时,线宽展宽因数的相对标准差只有3.26%。     

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。     

基于光反馈激光自混合干涉的绝对距离测量

采用光干涉技术测量绝对距离的方法有很多,但大都因为需要许多光学器件而难以实现结构紧凑、价格低的测量系统.基于光反馈自混合干涉效应的测量技术因其结构简单、成本低和精度高,近年来受到测量领域的广泛重视.文章对激光自混合干涉理论及其频率调制理论进行了分析,建立了绝对距离测量模型,并进行了计算机仿真,结果表明,利用频率调制理论可对目标的绝对距离进行测量.     

面发射半导体激光器自混合振动测量实验研究

采用新型垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为激光自混合振动测量系统的激光光源,针对不同驱动信号频率(1 kHz,2 kHz)、驱动信号幅度(880 mV,1.66 v)的振动驱动信号对激光自混合振动测量信号系统进行实验研究,并与通过激光稳态方程所获得的激光自混合振动信号仿真进行了比较分析.结果表明,2 kHz相对1 k...