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。     

Unambiguous sawtooth fringe counting for an active homodynedemodulated interferometric strain gauge

Source wavelength modulation by feedback of the interference signal of an unbalanced fiber-optic Michelson interferometer to the driver of the semiconductor laser source gives rise to sawtooth-shaped fringe's under fiber strain. The fringe asymmetry is utilized for elimination of the fringe counting directional ambiguity via differentiation of the closed-loop interference signal. Initial results of quantitative strain measurements agree reasonably well with the readout of a resistive strain gauge as well as with the theoretically predicted sensitivity     

Coherent beam combination of two fiber amplifiers with multi-dithering technique

Coherent beam combination of two W-level fiber amplifiers with multi-dithering technique is demonstrated.In the experiment,the master laser is split into two channels.Multi-dithering technique is used for phase control.One channel is modulated with a 100 kHz sine wave produced by signal generator,and DSP lock-in amplifier is used for electric signal processing in the feedback loop.When the phase control loop is off,the far field interference pattern is blurred and dynamic with 20% fringe contrast.When the f...     

一种在反射体积全息图片的拍摄中稳定干涉条纹的方法

介绍一种在反向体积全息图片的拍摄中采用单片机控制稳定干涉条纹的方法。外界扰动常造成干涉条纹的随机漂移，从而使拍摄到的反射体积全息图片质量下降。在组成迈克尔逊光路中，利用带有数字PID调节器的反馈控制系统去控制压电陶瓷PZT产生位移，补偿干涉条纹的漂移，获得了比光学双稳态调节更为稳定的干涉条纹，所拍摄全息图片的质量得到提高。     

基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量系统

基于适度光反馈自混合干涉(OFSMI)技术,设计了一种位移测量方法.该办法通过对自混合干涉信号的整数条纹部分进行计数和对小数条纹部分进行细分,实现大量程高分辨率的位移测量.对小数条纹分析时,运用数据拟合方法,找出干涉波形特征点与被测物位移之间的关系,从而实现对小数干涉条纹部分对应位移的测量.仿真分析和实验结果证明,此方法可对位移进行大量程高精度的测量,误差平均为0.83%.并通过设计算法对物体的任意运动轨迹进行重构.     

基于适度光反馈自混合干涉技术的微位移测量

光反馈自混合干涉技术是一种新出现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行位移的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量方法。采用条纹记数法实现大范围位移粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的方法,从而提高位移测量的分辨力。用绝对精度达3nm的商用压电陶瓷驱动器比对实验,结果验证了这种三角波调制外反射体在普通实验室环境噪声中可以达到纳米级的位移测量精度。实验数据处理结果表明,对于3μm以下的位移,该算法位移测量相对误差约为1.20%。     

激光回馈纳米级宽度干涉条纹

一般的干涉现象为“反射镜每移动半个波长,出现一个干涉条纹”。介绍了利用激光回馈获得纳米级宽度干涉条纹的方法。系统构成:He-Ne激光器,使用近于全反射的球面介质镜作激光器的回馈镜,且该回馈镜法线和激光束夹分量级的小角度。回馈镜沿激光束位移移动时,激光器的功率发生周期类正旋波动,即产生回馈干涉条纹。回馈镜离激光器越近,条纹越窄,以至于半波长位移中出现40个条纹。对波长为632.8 nm的He-Ne激光器而言,每个条纹宽度为7.91 nm。同时,当回馈镜的运动方向发生变化时,激光的偏振态将在两个正交的方向之间发生跳变。利用此效应,可以实现纳米分辨位移测量和回馈镜运动方向的识别。     

基于时频分析的自混合干涉信号处理方法研究

为了解决条纹计数法和相位分析法处理自混合干涉信号的不足,提出了一种基于时频分析的自混合干涉信号处理方法.采用时频分析技术获得自混合信号频率随时间的变化,利用激光与外部物体相互作用后的多普勒频移与信号频率相等的关系,非常方便地获得了外部运动物体的速度历史信息.结果表明,该方法处理自混合信号简单有效,且有较高的处理精度.     

莫尔条纹噪声控制及细分精度分析

为保证莫尔条纹电子学细分的精度和倍数,高质量信号的获得是前提条件,因此莫尔条纹的正交性、电平漂移、谐波失真及噪声污染等指标需要得到严格控制.针对噪声控制,提出了一种基于变步长神经网络的自适应算法应用于莫尔条纹的噪声滤除,它不需要信号的先验统计特性,对于线性和非线性噪声都具有明显的抑制作用,通过对算法更新步长的动态调整,能够保证不同频率莫尔条纹的滤波精度和跟踪速度.经实验验证,本算法的滤波效果优于常规滤波算法,且不必进行信号预测,特别适合于位置检测应用时的莫尔条纹高倍细分,为细分提供了很好的前期数据准备.     

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.     

引入激光回馈的双光束干涉效应的研究

提出了一种引入He-Ne激光回馈的双光束干涉系统,并在理论和实验两方面进行了研究。实验中对系统中的干涉信号及激光器尾光功率变化同时进行探测。发现当干涉仪的主回馈镜移动时,激光器尾光信号是正弦形波形,而干涉仪输出的是以双峰为一个周期的信号,双峰中一峰总是高于另一峰,并且当主回馈镜移动方向改变时,同一周期中两峰出现的顺序也随之改变。对实验现象进行了理论分析,并模拟出干涉信号及激光自身功率的变化曲线。理论分析及模拟结果与实验结果完全吻合。讨论了利用发现的现象进行测量的可行性,所提出的测量方法易于实现。     

Interference alignment based on optimizing bit allocation with limited feedback in interfering MIMO-MAC networks

A novel limited feedback for interference alignment algorithm was proposed based on the disadvantages of traditional limited feedback interference alignment schemes for MIMO uplink.Unlike the traditional linear interference alignment,an iterative scheme was presented.The pre-coder was designed through maximizing the target signal to the interference leakage and noise ratio,and interference suppression matrix was designed by maximizing the signal to interference plus noise ratio for each data stream,which can come over rate loss in low SNR.In addition,the bit allocation of traditional limited feedback schemes were based on the mean of interference leakage,which were not perfect and make the total number of the effective bits less than the bits provided by system.Thus,a novel bit allocation scheme was provided that improving bit utilize and decreasing quantization error.Theoretical analysis and simulation experiments show that compare to the existed classical algorithms,the algorithm was a stepwise enhancement of signal quality for iterative search in perfect CSI which was better than linear algorithm and has a larger space with no need for strictly align interference in limited feedback CSI which reduces the influence of quantization error more.The effective bit distribution and bit utilization are improved by bit allocation,resulting in improved performance in limited feedback.     

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...     

半导体激光器的光学反馈干涉及传感应用

分析和讨论了激光反馈干涉现象 ,根据半导体激光器的反馈干涉理论 ,研究了反馈干涉模型及其信号的调制和解调方法 ,介绍了典型的传感应用。理论和实验表明 ,激光反馈干涉的理论不同于传统干涉 ,信号处理方法也有其特点。半导体激光器的光学反馈干涉系统具有结构简单、光路易准直、无需附加器件的特点 ,因而能够发展成小型、在线测量和过程控制的传感器 ,测量距离、位移和速度 ,在微机械、光学工程等领域具有应用前景。     

侧面抽运板条激光介质动态热畸变测量方法

研究了基于干涉测量激光介质热畸变的原理,利用CCD摄像机记录干涉条纹并通过计算机图像处理,来测量板条激光介质动态热畸变的方法。对采集得到的干涉条纹进行图像处理,提出了一种简单快速提取条纹中心的算法。通过分析、计算干涉条纹的移动,得到抽运过程中板条激光介质的动态热畸变情况,为动态补偿激光介质热效应提供了可能。实验采用了N31磷酸盐激光玻璃作样品,得到了加热过程中激光玻璃内部的温度分布,误差约为3%,验证了该测量方法的可行性。     

单幅干涉条纹图相位提取新算法

散斑干涉测量中,得到的干涉条纹图必须通过提取当中的真实相位才能够得出所测的物理量。从干涉条纹图中提取相位常用的相移法,过程复杂、对环境要求较高,而且要通过解包裹运算才能求得真实相位,容易产生误差。通过希尔伯特变换,基于离散余弦求解泊松方程的方法,提出从单幅干涉条纹中提取真实相位的新算法。通过实验分析,本文提出的新方法能够有效地从单幅干涉条纹中提取真实相位,并且在现实情况中,本文提出的新方法从单幅干涉条纹图中提取相位误差小于相移法,而且运行速度快,为从干涉条纹图中提取真实相位提供了新的参考。     

基于VMD与小波阈值的激光自混合干涉位移信号滤波方法

激光自混合干涉实验信号含有严重的噪声,噪声会对位移的测量产生较大的影响,为了保证位移测量的准确性,提出了基于VMD与小波阈值的滤波方法。利用VMD将信号分解为k个固有模态函数(IMF),对IMF进行小波阈值处理并重构达到滤波的目的。使用插值法结合条纹计数法的原理恢复重构位移信号实现位移的测量。通过仿真对所提方法进行了测试与对比,并结合实验使用绝对误差与标准误差对实际位移与恢复后的位移信号进行比对,结果表明了基于VMD分解与小波阈值的激光自混合干涉位移测量的准确性较高。     

一种基于劈尖干涉的激光波长测量装置的研究

基于激光在光学劈尖表面上产生干涉条纹的特点,设计了一种激光波长测定装置。利用线阵CCD将激光垂直照射光学劈尖表面时所生成的干涉条纹感应成电信号并转移输出,经过线性放大、模数转换后变成有限长的离散周期序列,通过快速傅里叶变换测定条纹间距来计算出激光波长,并用532 nm,632.8 nm,980 nm三种波长的激光进行了测试。测试结果表明该装置在背景光不是太强的情况下,性能令人满意,精确度较高,并能从虚拟仪器面板上直观形象地观察信号波形和结果,具有一定的实用性。     

Nonlinear revised error aided feedback equalization in high-speed satellite communication

Aiming to the question of nonlinear interference which is caused by the high order signal modulation of satellite communications, and the question of obvious memory characteristics of the satellite channel, the existing equalization algorithms are difficult to quickly cancel the nonlinear interference and memory interference. This paper proposed a nonlinear revised error aided feedback equalization algorithm. Due to the nonlinear characteristics of amplitude and phase don’t interference with each other, so the amplitude and phase of the received signals are separated in first, then they utilize the feedback equalization to abate memory interference. In addition, the nonlinear interference of satellite channel would degrade the performance of satellite communication, the algorithm utilizes the three-order Volterra module to revise the nonlinear error and it is adapted to renews the parameters of feedback equalization to reduce the nonlinear interference. Our proposed algorithm utilized the nonlinear revised error instead of the nonlinear revised received signal to reduce the computation complexity and improve the nonlinear interference cancelation. In the simulation part, we compare the proposed equalization algorithm with the existing equalization algorithms in three parts of SER, convergence speed and computation complexity. The simulation and analysis results show that our proposed algorithm have better nonlinear interference cancelation and less computational complexity.     

频率啁啾对飞秒激光脉冲干涉场的影响

对具有频率啁啾的飞秒脉冲的干涉场分布特性进行了研究。分别模拟了物光存在啁啾、参考光存在啁啾以及物光与参考光均存在啁啾3种情况下高斯飞秒脉冲的干涉图,并从干涉图中提取了载频相位。通过对提取的载频相位分析,研究了频率啁啾对干涉场的影响。结果表明,脉冲的频率啁啾将导致干涉条纹对比度的下降和条纹周期的改变。当物光和参考光仅有一束存在啁啾时,干涉场条纹的对比度整体下降,并且条纹周期发生线性改变;当物光与参考光同时具有相同的频率啁啾时,位于干涉场边缘的条纹的衬比度会严重下降,这将导致干涉场的有效记录区域减小。本文研究对于飞秒数字全息的实验控制和数字重构精度均具有重要的参考价值。