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。     

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。     

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。     

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。     

基于激光回馈效应的多普勒测速技术

激光回馈现象得到了广泛的研究和关注,而多普勒测速是激光回馈研究中的一个重要分支。介绍了激光回馈多普勒测速技术的基本原理,以及3种不同类型的基于激光回馈原理的多普勒测速技术,总结了其工作原理以及优缺点,并对激光回馈多普勒测速技术的发展方向进行了探讨。     

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。     

双折射外腔双频激光器光回馈

为了研究双频激光器的光回馈特性,采用双折射外腔光回馈的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了双频激光器中条纹倍频现象的数据。结果表明,光回馈系统分辨率提高了1倍,同时利用双频激光器两垂直偏振光间的模竞争,使得倍频条纹的调制幅度明显增大,从而使得光回馈系统的灵敏度大大提高。实验结果与理论分析吻合,这对提高光回馈系统的分辨率是有帮助的。     

固体微片激光回馈技术在远程振动测量中的研究

激光回馈技术具有极高的测量灵敏度，在振动测量中具有突出的优势。在激光回馈理论和技术的基础上，研究并提出了基于激光回馈技术的远程振动测量方法，构建了完整的固体微片激光远程振动测量系统，详细分析了系统各个部分的基本结构及其工作原理，并在实验中很好地实现了不同频率振动信号的测量及恢复。该研究将振动测量的工作距离提高到25 m以上，实现了远程微振动的非接触测量，拓展了激光回馈技术的应用。实验系统具有较大的振幅与频率测量范围，在振动测量方面具有突出的性能，能够适用于多种场合和目标的振动测量需求。     

用于近距目标探测的激光引信技术

分析了激光引信技术发展状况及工作原理。针对目前在研的激光引信关键技术,即微激光器技术和激光成像技术,比较了微激光器与半导体激光器的性能,并对微激光器技术抗气悬体干扰与目标识别的信号处理方法进行分析;提出激光成像技术探测机理及图像处理过程中应注意的问题和解决方法。最后对激光引信技术现存问题及今后发展方向提出了自己的看法,为进一步研究提供参考。     

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。     

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.     

光反馈自混合干涉对称折叠算法的精度分析

为了提高对称折叠算法的精度,通过对仿真信号的测量,分析了影响算法精度的几种因素(光反馈水平因子,外腔的非线性运动,抽样速率和转折点的定位),并且给出了改进方法.仿真结果表明,在测量线宽展宽因子之前,需保证光反馈水平因子的准确测量,利用中间干涉条纹进行测量可以减少外腔非线性运动所带来的误差.这一结论对利用对称折叠算法处理实验信号有一定的帮助.     

环形光纤激光器自混合散斑自相关测速的研究

研究了一种基于强度自相关函数的光纤激光器自混合散斑速度测量方法.基于环形激光器光反馈理论,对自混合散斑信号进行自相关分析,推导出自混合散斑信号的自相关频率与表面粗糙物体运动速度之间的关系式.利用构建的环形掺铒光纤(EDF)激光器自混合散斑测速实验系统,对不同速度下的运动物体进行了实验测试,验证了自相关频率与物体运动速度...     

一种基于激光自混合干涉的光纤压力传感器

文中理论和实验研究了一种基于激光自混和干涉技术的光纤压力传感器,阐述了其设计理论和实现方法,建立了光纤压力传感器模型,实验研究了应力与激光自混和干涉输出的对应关系;实验结果表明所设计的光纤压力传感器的原理是正确和可行的.     

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。     

Characteristics of a semiconductor laser with external feedback

The theoretical analysis of the compound cavity of a semiconductor laser with external optical feedback is conducted. For large optical feedback, the output power from the laser and its oscillation frequency differ from those for small optical feedback. From the rate equations of the compound cavity, the conditions of the laser oscillation are derived in the presence of large optical feedback The dependencies of the output power and the laser oscillation frequency on the external-cavity length are investigated. Some new results involving laser oscillation depending on the external-cavity length are presented. The experimental results are compared with theoretical predictions. The dependence of the laser oscillation on the external-cavity length is qualitatively explained in the present model