基于激光回馈效应的声音检测与重构研究

声音检测技术是振动模态分析、声场可视化、噪声识别与控制和远程侦听等研究的基础和前提,在很多领域都有广泛的应用。基于固体微片激光回馈效应和外差移频相位测量方法,本文利用微片Nd∶YVO4激光器构建了声音检测系统,很好地实现了不同频率声音信号的检测。同时开展了音频信号的识别与检测,重构得到的信号清晰可辩。该系统无需在声场中设置特殊目标或物质,可以实现非接触的声音检测和远距离测量,能够满足多种场合的声音检测工作需要,具有较大的实际意义。     

微片激光准共路-调频回馈干涉仪关键技术研究

激光器回馈干涉（又称自混合干涉）与传统的光干涉有实质不同。前者发生在激光器（光源）内部，激光介质增益对干涉效果（条纹形状等）起重要作用，而后者只发生在激光器外部的光路上。本文从应用的角度，也从和传统的激光干涉对比的角度探讨固体微片激光器回馈干涉仪的关键技术，包括对固体微片激光器回馈有特殊意义的“弛豫振荡”、高光灵敏度（完全非接触）的形成、测量精度提高、测量速度增加、频率稳定等。还将介绍本团队研究微片激光准共路-调频回馈干涉仪应用的成果，包括回馈共焦显微技术、表面测量、振动（和声音）测量、面内位移测量、热膨胀系数测量、折射率测量等。     

激光高阶回馈微位移测量系统设计及误差分析

设计了一套基于激光高阶回馈效应的微位移测量系统,介绍了其工作原理,给出了系统中光学单元、机械单元和信号处理及细分单元的设计方法及关键参数。对设计完成的测量系统与PI位移台进行了比对测试,实验结果表明系统的分辨率达到0.7 nm,并对测量系统进行了误差分析。激光高阶回馈微位移测量系统不但分辨率高,而且还具有结构简单和性价比高等优点,在精密位移测量中具有广泛的应用前景。     

基于Nd:YAG激光回馈干涉效应的PZT精密测量技术与系统

压电陶瓷在精密控制中具有重要作用,而其在快速控制中的实际高频响应却缺少有效且精密的方法。总结了目前测量压电陶瓷特性的方法,分析了测量中存在的困难和不足,使用基于激光回馈干涉原理的Nd:YAG微片激光回馈干涉测量系统对压电陶瓷的动态特性进行了研究。使用两种压电陶瓷在100 Hz~7 kHz驱动电压下对位移响应进行了测量,相应测量位移范围7~34 nm。测量精度达到纳米量级,对较高的振动频率实现了准确测量。该方法具有很高的测量精度,对被测对象要求较低。     

激光回馈干涉仪稳频研究

对Nd∶YAG激光回馈干涉仪的稳频进行了研究。分析了温度和泵浦功率对全内腔Nd∶YAG微片频率的影响及频率变化对仪器测量误差的影响。通过设计合理的结构并采用温控的方法来实现稳频的目标,实验中对温度、频率、输出功率的关系进行了实验分析,并对装置和系统进行了优化。稳频效果明显减小了仪器的测量误差,改善了仪器的工作性能,可以满足高精度的测量要求。     

Nd∶YAG激光回馈干涉仪稳频研究

对Nd∶YAG激光回馈干涉仪的稳频进行了研究。分析了温度和泵浦功率对全内腔Nd∶YAG微片频率的影响及频率变化对仪器测量误差的影响。通过设计合理的结构并采用温控的方法来实现稳频的目标,实验中对温度、频率、输出功率的关系进行了实验分析,并对装置和系统进行了优化。稳频效果明显减小了仪器的测量误差,改善了仪器的工作性能,可以满足高精度的测量要求。     

采用Nd:YAG微片激光器的激光回馈干涉仪的研制

微片激光器具有极高的光回馈敏感度,在回馈测量技术中占据重要地位。准共路激光回馈干涉技术在保持了微片激光器的高光回馈灵敏度以及外差式光回馈相位测量方法的高分辨率等优点的同时,通过频率复用技术消除了回馈干涉仪的空程带来的负面影响,大幅度地提高了回馈干涉仪的抗环境干扰能力。它可以进行非配合目标的非接触式精密位移测量,从而填补了现有激光干涉仪在精密位移测量应用方面的一个空白。通过与Agilent5529A双频激光干涉仪多次比对,得到回馈干涉仪目前达到的指标为:线性度优于3×10-5,量程50 mm,标准差在200 nm左右。     

正交偏振激光回馈干涉仪稳定性提高方法研究

激光回馈技术灵敏度高,并且无须配合靶镜就能够测量诸如黑色、粗糙的目标的位移或形变。为了消除环境（气压、地基震动、温度漂移等）对测量精度的影响,设计、构建了稳定的微片正交偏振激光器,采用半导体激光器泵浦微片;搭建了包括光学、电路的完整的正交回馈干涉仪系统,系统工作稳定,实现了远距离处测量。这一系统能有效地减小环境对测量的影响,提高激光回馈干涉仪的精度。     

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。     

基于温度闭环反馈的He-Ne激光器热稳频系统

为了提升激光回馈测量系统中He-Ne激光器的性能, 解决激光回馈镜不断移动时频率无法使用传统方法稳定的技术问题, 采用基于温度反馈控制激光器管体温度的闭环被动稳频的方法, 进行了理论分析和实验验证, 研究了不同管体温度与环境温度差值下频率稳定性。结果表明, 系统最佳温差为25.6℃; 在此温差条件下稳频后, He-Ne激光器波长波动范围达10-4, 即频率稳定性达到1.61×10-7, 功率漂移量低于3.20%。该系统可以根据环境温度的变化调节稳频温度点, 并且稳频结构简单, 满足激光回馈一般应用系统稳定性的要求。     

基于Nd:YVO4激光回馈效应的远距离振动测量研究

基于 Nd:YVO₄激光回馈技术,提出了一种实现对远距离微小振动位移直接测量的新方法。相位 测量技术和 移频激光回馈技术的采用,使本文方法不仅有高的分辨率,还有非常高的灵敏度。利用本文 方法对远距离不同目标 进行系统信号信噪比(SNR)测试后,对远距离声音振动进行 测试,清晰还原了声音信号。最后分析了本文方法的 可靠性和测量范围,采用滤除低频噪声的方法,使在15.7m处外界环 境对系统的影响降低到50nm。     

激光强回馈系统的动态调制稳频技术

激光强回馈系统与弱回馈系统相比,在无任何电子细分条件下就可获得纳米级的分辨率。但是,由于其回馈水平高,容易发生模式转换或偏振跳变,稳频十分困难。提出了一种激光强回馈系统的动态调制稳频方法,研究了动态调制稳频中的零点定位、清零补偿等关键技术及算法。实验结果表明,通过采用动态调制稳频技术,消除了激光强回馈系统中的模式转移及偏振跳变现象,获得了调制均匀、幅值相等的回馈条纹,有效地解决了激光强回馈系统的稳频问题,大大提高了系统的抗干扰能力,对进一步研究高精度强回馈测量系统具有重要意义。     

微片激光器移频回馈成像技术及其应用

微片激光器移频回馈成像技术是一种新兴的相干光成像技术,具有灵敏度高、相位可测量、系统结构简单等特点。该项技术可与共聚焦成像、超声调制光学成像、光学合成孔径成像等多种成像技术相结合,在微器件结构测量、生物组织成像、强散射成像等多个领域得到了应用。文章概述了激光器回馈技术的发展过程,详细介绍了微片激光器移频回馈成像技术的理论模型、研究进展及应用情况,并对该技术存在的问题进行了分析。     

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%。     

星载单光子激光雷达浅水测深技术研究进展和展望

在浅水测深技术中,星载激光测量系统可以覆盖一些机载/舰载系统难以到达的偏远水域,具有比被动光学影像水深测量精度更高、可全天时工作等独特的优势。以稀疏而少量的主动星载激光测量值为水深标定点,融合被动星载遥感影像,主被动融合的浅水测深是当前的趋势。本文首先介绍了星载单光子激光雷达的工作范围、物理参数和数据产品,概述了测量原理,综述了现有的星载单光子激光雷达测深的理论传输模型,对比了不同的点云数据去噪处理算法的优劣,归纳了星载融合测深反演技术在不同环境中的应用,总结了当前存在的问题,并对该技术未来的前景和发展方向进行了展望。     

半导体激光微小振动实时反馈式干涉测量仪

提出了一种带有反馈系统的半导体激光正弦相位调制干涉仪。该干涉仪可以实现对微小振动的高精度实时测量。通过一个简单的信号处理系统对干涉信号进行分析 ,获得实际振动的振幅和频率。由于引入反馈系统 ,减低了测量误差 ,排除了环境噪声的影响。给出了具体的理论分析和实验结果     

远程激光测距技术及其进展

随着激光器和探测技术的不断进步,远程激光测距技术也得到了迅速的发展。如今远程激光测距仪已经在军事、航天、工业等领域发挥着不可替换的作用。本文介绍了目前国内外远程激光测距的现状及其研究进展,描述和分析了远程激光测距所涉及的关键技术及影响因素,对各类测距仪进行了分析和对比,并对未来远程激光测距仪的发展方向进行了总结与展望。     

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。     

中红外固体激光器的振动可靠性

基于ANSYS建立了中红外固体激光器的有限元仿真计算模型，通过模态分析获取了固体激光器的各阶固有频率、振型等模态参数。结合非接触测振技术搭建了振动模态试验平台，通过试验与仿真对比，验证了模态仿真模型的可靠性。然后，在模态仿真的基础上，通过谐响应分析，重点研究了激光器光学晶体组件在车载正弦扫频振动下的振动特性，获得了等效应力、总机械应变以及位移与激振频率的关系。最后，分析了影响激光器振动可靠性的关键位置，为改进设计提供了有益的参考。结果表明，2 000 Hz以内，底面固定约束的中红外固体激光器共有4阶固有频率与振型，试验与模态仿真得到的振型描述一致，且固有频率误差小于8%，车载扫频振动条件下, 最大总机械应变和等效应力均出现在扩束器的输入镜边缘，沿光学晶体组件轴向的位移最大，其值约为0.14 mm。