含预反馈的激光自混合干涉型位移测量结构

提出了含预反馈的激光自混合干涉型位移测量结构，建立了系统模型，经理论分析和实验验证，结果表明，该结构具有提高温度量程，提高测量信号信噪比及获得粗糙表面的锯齿干涉信号等特点。     

激光自混合干涉位移测量系统的稳态解

基于三镜腔等效自混合干涉位移测量系统，对自混合干涉系统的稳定性问题，建立系统模型，通过求解模型的相位方程，确定其单值解和多值解时边界条件，从理论上确定自混合干涉系统稳态运行的光反馈水平。该结论对系统设计具有指导意义。     

差动型激光自混合干涉式位移测量系统

提出了一种利用激光自混合干涉效应的差动式位移测量系统, 建立了系统的数学模型,经仿真分析及实验验证表明： 和单激光管结构相比, 该系统位移分辨力提高了二倍, 达 １／４ 光波波长, 且能大大减小光反馈强度引起的噪声及温度干扰。     

激光自混合干涉在微位移测速上的应用

对传统光电码盘测速的原理进行了介绍,分析其精度较低的原因,提出了基于激光自混合干涉技术的一种激光高精度码盘传感器,并设计了数据采集系统。对自混合干涉的基本理论进行了阐述,分析了基于条纹计数法激光测速的原理,并搭建了基于条纹计数法的激光测速模型用于代替传统的光电码盘测速。实验研究了激光自混合输出与被测物体位移之间的关系,实验结果表明基于激光自混合干涉技术的激光码盘在测量精度上比传统光电码盘有很大提高,并且结构简单,适用范围广。     

激光自混合干涉测振仪的硬件系统设计

基于激光自混合干涉技术的特点,设计了一种新型半导体激光自混合干涉测振仪系统。系统将频率调制引入自混合干涉中,实现对振动物体的非接触式测量。介绍了激光自混合干涉测振仪的原理、仪器系统的光路系统设计、信号的调制模块设计、解调模块设计以及DSP系统的采集处理模块设计。该仪器体积小、成本低、易于准直、可以非接触式测量,能够测量振动频率在50kHz内的物体,其中包括非周期性振动。可以测量出振动物体的振动频率、振幅以及还原振动波形,振动幅度测量精度可以达到0．325μm,频率精度为1Hz。     

基于光反馈自混合干涉效应波形转折点的智能识别

对光反馈自混合干涉信号波形转折点的智能识别进行了理论分析和实验研究。首先经对光反馈自混合干涉信号特点的分析，发现其波形转折点可以作为外部物体运动位移实时测量的依据。通过对信号波形的逐步处理可以获得波形转折点的位置，以此为基准点可以实现位移的精测。实验测试结果同理论分析吻合较好。若系统进入较复杂状态，识别出的位置与其实际位置出现偏差，不再是单一值，可以对转折点位置的所有值取平均，从而得到其对应的精确位置。     

基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统

研究了一种基于光纤三波长激光自混合干涉的绝对距离测量系统.系统中的光纤激光器包含三个独立的激光谐振腔,每个激光谐振腔都有作为增益介质的掺铒光纤,三个激光谐振腔利用光纤光栅作为反射镜及波长选择元件,光纤激光器能同时发出无模竞争的频率和功率都稳定的三波长激光.利用三波长激光的自混合干涉,以及干涉信号的相位小数重合方法,实现绝对距离测量.为实现绝对距离测量,三个波长中两相邻波长间距应为相等.实验中,两相邻波长间距约为10nm.系统对公称高度为11mm修正值不大于2.7μm的台阶高度进行测量,测量结果为11.000 059mm.对13.000 090mm绝对距离重复测量20次的标准差为4.4nm.     

基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量

光反馈自混合干涉技术是一种新浮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振动的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的振动测量方法。经对光反馈自混合干涉信号条纹分析,发现通过选定合适的光反馈水平及激光器线宽展宽因数,可以得到锯齿干涉条纹。这种干涉信号不仅包含振动幅度信息也包含振动方向信息。该振动测量方法利用锯齿干涉条纹的特点,首先通过条纹记数实现大范围振幅粗测,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线性表达式,从而实现位移的精测。仿真计算表明,该方法可以实现大量程高分辨力振动位移测量,在叠加20 dB的噪声下,振幅测量相对误差平均为0.5%。     

正弦相位调制自混合干涉微位移测量精度分析

为了提高自混合干涉仪的位移测量精度,提出将正弦相位调制技术引入自混合干涉中。相位调制由置于自混合干涉仪外腔中的电光晶体实现,相位解调由傅里叶分析的方法得到。对位移测量过程中各种可能的误差来源如电光晶体调制不稳定性、光在外腔中的二次反馈效应等对测量精度的影响进行了模拟分析,从理论上得到了这种新的信号处理方法可以达到纳米级的测量精度。实验上,用高精度的商用压电陶瓷标定的结果验证了这种正弦相位调制自混合干涉仪在普通实验室噪声环境中可以达到纳米级的位移测量精度。     

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.     

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.     

半导体激光器内自混合散斑干涉

在散斑和半导体激光器的自混合干涉理论的基础上,提出了基于法布里一珀罗腔的自混合散斑干涉模型,对粗糙表面产生的激光器内自混合散斑干涉效应(SMSI)进行了详细的理论研究和分析,得到了粗糙腔条件下的激光动力学的数值解。模拟产生了高斯相关随机表面及其在夫琅禾费面上产生的散斑场,以及该散斑场与相干光场叠加所形成的光场,分析了这些情况中光强的统计特征,与已知实验情况进行了对比,模拟结果与已知统计结果相同。给出了粗糙表面运动时激光器输出增益的变化及其概率密度分布。对由于照明宽度和外腔长度的变化而给粗糙表面运动时激光器输出增益变化带来的影响进行了分析。实验结果和模拟结果相符。     

激光二极管自混合干涉信号随外腔长度衰减

理论分析了激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增大的变化特点及规律。从复合谐振腔干涉函数出发,推导出激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加指数衰减,衰减系数与光频虚部成正比,并给出光频虚部和实部满足的超越方程组。求解该超越方程组得到,当外腔长度超过一个临界值时,光频虚部随外腔长度近似反比衰减,则激光二极管自混合干涉信号随外腔长度增加衰减很缓慢;当外腔长度小于该临界值时,外腔反馈会使光频虚部增大,而且光频虚部随外腔长度变化而振荡,激光二极管自混合干涉信号出现复杂的状态。外腔反馈强度越大,或激光单模线宽越大,这一外腔长度的临界值则越小。分析激光二极管自混合干涉还需要考虑外腔反馈对光频虚部的影响。     

半导体激光器的自混合散斑干涉测量流体速度

提出了一种简便的激光自混合散斑干涉测量流体速度的方法。根据散斑和法布里-珀罗腔的理论,提出了半导体激光器的自混合散斑干涉模型。研究了流体运动时在半导体激光器内产生的自混合散斑干涉效应(SMPI),给出了激光器输出增益的变化及其概率密度分布。得到了激光自混合散斑干涉平均频率与流体速度之间的关系。模拟计算和实验结果验证了这个关系。利用散斑干涉的平均频率与流体速度的关系测量了高分子材料溶液的速度,并在溶液浓度和背景光变化时,对流体速度进行了测量、比较和分析。实验表明。在溶液浓度不太低时,测量误差小于8％。     

Observation and Interpretation for a Phenomenon Involved with the Self-mixing Interference in Semiconductor Laser

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｎａｓｅｌｆｍｉｘｉｎｇｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍ,ａｐｏｒｔｉｏｎｏｆｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｅｄｆｒｏｍａｌａｓｅｒｓｏｕｒｃｅｉｓｒｅｆｌｅｃｔｅｄｂｙａｎｅｘｔｅｒｎａｌｒｅｆｌｅｃｔｏｒ,ｓｕｃｈａｓａ?..