用激光二极管自混合干涉测量距离

通过改变激光二极管工作电流,利用自混合干涉信号的相位变化来测量外腔长度.激光二极管工作电流变化导致激光频率变化.工作电流变化引起的干涉信号的相位变化与外腔长度成正比.干涉信号的相位变化2π,对应光频变化的等效长度的1/2.由于改变工作电流激光二极管激光光频可调节范围远小于激光频率,光频变化的等效长度远大于激光波长,激光二极管自混合干涉测量距离的精度远小于测量位移的精度.     

大气颗粒物多参数激光自混合传感的数值模拟与特性分析

基于颗粒物米氏散射特性、激光自混合三镜腔理论和激光器稳态条件,推导出在大气颗粒物光反馈下激光器频率、功率、线宽的理论表达式,建立了大气颗粒物光反馈下的激光自混合理论模型。同时,数值模拟和分析了大气颗粒物物理参数对激光自混合干涉信号的影响。结果表明,在一定粒径范围内,激光自混合反馈强度随大气颗粒物粒径增大先增大后减小,且反馈强度峰值出现的位置随颗粒物折射率实部的增大、虚部的减小向粒径较大处移动;自混合系统的外腔长度影响自混合干涉信号的波动深度,激光器输出光信号的幅值随外腔长度增大呈指数衰减;自混合干涉信号波动频率与大气颗粒物运动速度呈线性关系。分析结果对基于激光自混合效应的大气颗粒物多物理参数传感具有重要作用。     

激光二极管自混合干涉的计算分析和实验观察

实验上观察到自混合干涉信号的幅度仅仅为静态光强的百分之几.反馈光会引起激光二极管阈值电流减小,静态输出光强变化几倍,使激光二极管工作在实际的阈值电流之上.按三镜法布里-珀罗腔结构模型计算激光二极管的出射光强,由干涉函数主极大条件得出光频与反馈光的关系.计算出的自混合干涉信号的波形,以及自混合干涉信号的幅度与静态光强的比值均同实验测量结果一致.在τrC/τ1=22.8的情况下,复合谐振腔可同时有15个谐振模式,这些模随外腔长度的变化小于2.6×10-2cm-1,远小于法布里-珀罗谐振腔谐振模的线宽3.1cm-1,光频在内腔谐振模的线宽以内变化.     

多纵模激光二极管自混合干涉的观察和分析

自混合干涉信号的幅度和波形均会随外腔静态长度发生周期性变化。实验测量了干涉信号幅度和波形随外腔静态长度的变化,并用多模自混合干涉信号叠加的方法计算分析了干涉信号的幅度随外腔静态长度的变化,然后考虑反馈光对内腔反射率和激光介质增益的影响计算分析了干涉信号的波形随外腔静态长度的变化。结果表明,多模激光自混合干涉信号随外腔静态长度变化的周期为内腔的光学长度,而其主极大区域的宽度为激光的相干长度,小于内腔的光学长度。多纵模自混合干涉信号的叠加导致自混合干涉信号的幅度随外腔静态长度发生周期性变化,而波形随外腔静态长度周期性变化则是内腔反射率和激光介质增益均受反馈光影响导致的非线性的结果。     

光纤激光器自混合干涉效应研究

针对光纤激光器自混合干涉传感应用,研究了光纤激光器自混合干涉特性,运用四镜法布里-珀罗腔模型对掺铒线形腔光纤激光器自混合干涉效应进行了理论分析,对不同反馈水平下的自混合干涉信号进行了数值模拟,获得了光反馈条件下光纤激光器输出特性.外腔长度的改变会调制激光器的输出强度,外腔长度变化半个波长,对应一个干涉条纹,弱反馈条件下,由反馈引起的激光器的频率变化可以忽略.设计了基于光纤激光器的自混合干涉实验,实验结果和理论分析相符合.此研究结果为进一步开展光纤激光器的自混合干涉传感应用研究奠定了理论与实验基础.     

仿真分析测量参数对光反馈自混合信号的影响

针对含有光反馈的半导体激光器,在外腔波动条件下,研究其光反馈干涉自混合信号模型。经计算仿真分析,得到了外腔运动参数及激光器本身参数的变化对光反馈自混合信号波形的影响规律。结果表明,利用光反馈自混合干涉效应可以进行多参数传感测量。     

外腔反馈光对内腔中光子态密度的影响

研究了外腔反馈对内腔有效长度和内腔中光子态密度的影响,并对自混合干涉可能产生的作用进行了分析讨论。研究表明,外腔反馈光不仅改变法布里-珀罗腔前端面反射率,也会引起等效腔长不连续变化,导致腔内光子态密度不连续变化。因此,外腔反馈光使量子效率发生连续及不连续改变,导致介质增益系数和饱和光强也出现连续及不连续改变。而且强外腔反馈引起复合腔模式的变化不会使自混合干涉信号出现阶跃变化,同时外腔反馈光对载流子寿命影响很小,显著减小了载流子辐射复合寿命,提高辐射复合效率,削弱非辐射复合效率。     

半导体激光自混合干涉仪稳定性的仿真分析

利用半导体激光器的Lang-Kobayashi方程,对半导体激光自混合干涉系统的动力学特性进行了仿真分析。研究结果表明,当光反馈系数较小时,激光器处于稳定状态,外腔长度不影响系统的稳定性;当光反馈系数较大时,激光器将进入不稳定状态,对于不同的外腔长度,激光器的稳定状态将发生变化。为实现大量程的位移或距离测量,光反馈系数必须足够小才能保证在较大外腔长度变化范围内,激光器始终处于稳定状态。     

异质双周期结构光子晶体光学特性

利用传输矩阵法研究了异质双周期结构一维光子晶体的带隙结构和光学传输特性。此光子晶体能形成512~960 nm的含5个极窄透射峰的光子带隙。重点研究了一种材料为复折射率时的光学传输特性,以及当结构发生轴向应变时的"介观压光效应"。结果表明:当复折射率虚部为负时,透射峰随虚部绝对值的增大先增大后减小,甚至出现衰减;虚部为正时,发生吸收现象。当光子晶体发生轴向应变时,透射峰随应变量的增加呈现近似L形变化,应变量很小时透射率几乎线性减小,波长越大透射峰变化越缓慢。     

基于经验模态分解的自混合干涉相位提取方法研究

为实现光反馈机理下激光自混合干涉信号相位的精确提取, 本文提出了一种基于经验模态分析(EMD)的方法.首先, 采用EMD算法对含噪的自混合干涉信号进行了降噪预处理, 提取有效的干涉信号.然后在对含有外腔物体运动信息的光反馈相位求解的过程中, 利用希尔伯特黄变换(HHT)原理实时提取每一时刻的瞬时相位, 将其去包裹处理后得到真实相位. 在弱、适度、强光反馈条件下, 分别对基于EMD的相位提取算法进行了仿真研究.最后, 搭建了基于自混合干涉效应的微位移测量实验平台, 进行实验研究.实验结果表明, 利用该方法可以实现对自混合干涉信号的相位提取, 最大误差小于1.6 rad.仿真和实验结果的一致性, 说明了EMD方法的有效性.     

光栅外腔半导体激光器GHz射频调制特性研究

研究了光栅外腔半导体激光器(ECDL)对射频频率调制的响应特性,分析了射频频率调制时光栅外腔对半导体激光器的边带信号的影响.实验中测量了GHz射频频率调制的.ECDL输出的边带信号随射频信号功率、注入电流、光栅外腔长度的变化情况.证实了当射频调制频率等于光栅外腔自由光谱区的整数倍时,ECDL输出的边带信号可在一定程度上得到增强.     

Self-mixing interference in distributed feedback laser diode with multiple external cavities

The self-mixing interference in distributed feedback laser diode (DFB-LD) with multiple external cavities is analyzed. Each external cavity is considered to be an optical thin film, and the equivalent reflectivity can be got from the theory of the thin film optics, the general expressions of gain and frequency in compound laser cavity are theoretically deduced. This principle is helpful to build the fiber-coupled self-mixing interference system. Considering that different parameters have influence on self-mixing interference, we make some simulation analysis at different conditions. The output of self-mixing interference is analyzed in numerical analysis, and the amplitude variations of the output gain is discussed along with different parameters, e.g., the coupling coefficient, the linewidth enhancement factor, and the reflection coefficient of external reflector.     

Nanometer-scale displacement sensing using self-mixing interferometry with a correlation-based signal processing technique

A self-mixing interferometer is proposed to measure nanometre-scale optical path length changes in the interferometer’s external cavity. As light source, the developed technique uses a blue emitting GaN laser diode. An external reflector, a silicon mirror, driven by a piezo nanopositioner is used to produce an interference signal which is detected with the monitor photodiode of the laser diode. Changing the optical path length of the external cavity introduces a phase difference to the interference signal. This phase difference is detected using a signal processing algorithm based on Pearson’s correlation coefficient and cubic spline interpolation techniques. The results show that the average deviation between the measured and actual displacements of the silicon mirror is 3.1 nm in the 0–110 nm displacement range. Moreover, the measured displacements follow linearly the actual displacement of the silicon mirror. Finally, the paper considers the effects produced by the temperature and current stability of the laser diode as well as dispersion effects in the external cavity of the interferometer. These reduce the sensor’s measurement accuracy especially in long-term measurements.     

基于激光自混合干涉的物体旋转中心确定方法

在被测物体上设置一低反射率反射镜,激光器输出的激光束入射到反射镜上,激光束经反射镜反射反馈回激光器内.入射光线若偏离被测物体的旋转中心,当被测物体旋转时,将引起激光器的输出功率随角度变化的自混合干涉信号.当入射光线通过被侧物体的旋转中心时,被测物体的角度变化将不会导致回馈光的光程变化,被侧物体旋转时也就观测不到自混合干...     

利用频谱仪提取双反馈混沌半导体激光器的外腔长度密钥

光反馈半导体激光器产生的高维宽带混沌载波,应用于光混沌通信系统中.主器的外腔长度用作混沌保密通信的附加密钥.本文实验研究了光反馈混沌半导体激光器外腔长度密钥的识别.通过对长腔光反馈产生的混沌频谱进行局部放大,分析其精细结构,结果表明:无论是单反馈半导体激光器还是有不同外腔长度比的双反馈半导体激光器,都可以利用频谱仪直接提取出激光器的外腔长度信息.     

半导体激光自混频干涉速度仪的F-P模型分析

设计了一个半导体激光自混频干涉式测量物体振动速度的实验,利用双镜F_P(法布里_珀罗)等效模型,对半导体激光自混频干涉速度仪中的干涉效应进行了理论分析,推导了干涉信号理论模型的数学表达式,讨论了影响测量信号的因素。结果表明,在半导体激光自混频干涉速度仪的无源腔中空气密度的变化、无源腔长度的变化、激光波长的变化都将会导致信号漂移,从而引起测量误差。而被测物体表面的反射率越高,越有利于测量。