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。     

半导体激光自混频干涉式传感器中的干涉与调制

应用F-P模型，阐述了半导体激光自混频干涉式传感器的干涉与调制过程，同时给出了相应的计算．     

溶胶Cds毫微晶的自聚焦和自位相调制

本文首次报道了氩离子激光在溶胶CdS半导体毫微晶中产生的自聚焦、热自散焦及自位相调制,实验测得此种材料具有很大的克尔(Kerr)非线性系数n_2,比CS_2大10~5倍。并且,文中还分析了这种具有弱吸收的半导体溶胶毫微晶的非线性自位相调制机理及其与热自位相调制的差别。     

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。     

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.     

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。     

多重光反馈的激光自混合干涉

对多重光反馈的激光自混合干涉现象进行了实验观察,并基于含复合腔激光器结构,建立了系统模型,模型的仿真结果与实验结果相吻合,研究结果有助于设计高分辨的位移测量系统。     

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。     

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...     

相位调制数字散斑干涉术

提出一种可绕Ｚ轴转动的粗糙平板（参考物体）实现相位调制，该方法在不改变电子散斑干涉术（ＥＳＰＩ）或数字散干涉术（ＤＳＰＩ）系统装置的情况下，可用于微小离而位移场（例如最大离面位移为λ）的测量，以及复杂形变的离面位移场的自动测量。     

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.     

基于二次反馈激光自混合新型测距方法

在基于激光自混合干涉的理论上,提出了一种利用二次反馈激光自混合干涉的新型测距方法。利用三角波电流对半导体激光器进行调制,得到一次反馈自混合干涉信号。通过对信号分析可知,当半导体激光器被调制后,会产生一系列的模跳,模跳的数量与绝对距离成正比。通过计算在一个三角波电流调制周期内模跳的数量,就可以求出绝对距离。利用多重激光自混合的概念,提出该种新型测距方法。建立了距离测量系统,进行了实验验证。实验结果表明:由于步长分辨率精度的提高,测距精度明显提高。     

Self-mixing interferometry based on sinusoidal phase modulation and integrating-bucket method

In order to realize real-time displacement measurement with high resolution, sinusoidal phase modulation and integrating-bucket method are introduced in the self-mixing interference (SMI) system firstly. The phase of the laser beam is modulated by an electro-optic modulator (EOM) in the external cavity. Theoretical analysis, simulation results and error evaluation are presented. Experimentally, the micro-displacement of a high-precision commercial PZT is reconstructed and the reconstruction accuracy is on the order of nanometers for displacements of a few micrometers.     

Laser self-mixing interference fibre sensor

Fibre sensors exhibit a number of advantages over other sensors such as high sensitivity, electric insulation, corrosion resistance, interference rejection and so on. And laser self-mixing interference can accurately detect the phase difference of feedback light. In this paper, a novel laser self-mixing interference fibre sensor that combines the advantages of fibre sensors with those of laser self-mixing interference is presented. Experimental configurations are set up to study the relationship between laser power output and phase of laser feedback light when the fibre trembles or when the fibre is stretched or pressed. The theoretical analysis of pressure sensors based on laser self-mixing interference is indicated to accord with the experimental results.     

Phase Measurement Algorithm without Phase unwrapping Problem for Phase stepping interferometry

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｈａｓｅｓｔｅｐｐｉｎｇｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙｈａｓｂｅｅｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｍａｎｙａｓｐｅｃｔｓ．Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｐｈａｓｅｕｎｗｒａｐｐｉｎｇｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｔｈ...     

温度对铌酸锂电光相位调制特性的影响

利用折射率椭球基本理论对线性电光效应进行了分析,对单轴晶体铌酸锂电光相位调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值模拟计算,分析了加电场时光通过LiNbO3电光调制器后出射光的相位变化与温度间的关系,得出在横向和纵向调制中温度对相位改变的影响。研究发现,无论在横向还是在纵向调制下,入射光偏振方向不同但其各自受温度影响的相位变化趋势大体一致,即随着晶体中温度的增加而增大。计算结果表明,LiNbO3电光调制的最佳使用方案为：电场沿x主轴方向施加,入射光偏振方向为感应主轴x’方向,且LiNbO3电光调制器粟用横向相位调制方式。     

利用电光相位调制和交叉相位调制制作时间透镜的实验及仿真分析

对时间成像理论进行简要研究. 利用电光相位调制器进行光脉冲压缩实验,并分别对基于电光相位调制和交叉相位调制的时间透镜组成的时间成像系统进行了仿真和讨论. 实验结果表明,基于电光相位调制的时间透镜组成的时间成像系统可以有效压缩光脉冲,但是该系统受到了孔径限制,压缩系数较小,分辨率较低. 进一步的仿真分析结果表明,基于交叉相位调制的时间透镜组成的时间成像系统不受孔径限制,能够获得更大的压缩系数和更高的分辨率,但是该系统的实现难度较大. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 电光相位调制 交叉相位调制     

Quadrature demodulation technique for self-mixing interferometry displacement sensor

A new, to the best of our knowledge, signal processing method based on quadrature demodulation technique is presented for laser diode self-mixing interferometry(LDSMI) displacement sensor. Phase modulation of the laser beam is obtained by an electro-optic modulator (EOM) in the external cavity. Detection of the target's displacement can be easily achieved by sampling the interference signal at those times which satisfied certain conditions. The major advantage of the technique is that it does not involve any complicated calculation and insensitive to the sampling error. Experimental results show that the proposed method can effectively improve the displacement measurement resolution of the laser diode self-mixing displacement sensor to a few nanometers.     

半导体激光自混频干涉法测振动速度

应用半导体激光自混频干涉方法可研究物体的振动速度．本文阐述了测速的基本原理，给出了信号分析的理论依据和计算方法。