双频激光回馈位移测量研究

提出了一种基于双频激光回馈效应的位移测量系统,并在理论和实验两方面进行了研究.实验中对激光器输出功率变化进行了探测,同时对两正交偏振光的光强变化进行了探测.研究发现当被测物体移动时,激光器输出功率受到调制,物体每移动半个光波长时,回馈信号为调制深度相等的两峰,系统分辨率提高了一倍,达到四分之一光波长.当物体运动方向改变时,两正交偏振光的光强变化顺序也随之改变,可以实现物体位移方向的判断.理论分析及模拟结果与实验结果相符合.研究表明该位移传感系统具有结构简单、分辨率高、可判向、测量范围大、可工作于强回馈区等优点.关键词：激光回馈位移传感自混合干涉双频激光器     

基于双折射双频激光器中的调频回馈位移测量研究

提出了一种基于双折射双频激光器中的调频回馈效应的位移测量系统,并在实验和理论两方面进行了研究.实验中保持回馈外腔长度不变,将一四分之一波片置于激光器内腔中,调制内腔长度,激光器的中心频率发生改变,激光器输出强度将发生周期性的变化.研究发现激光强度曲线的波动频率正比于回馈外腔长度与内腔长度之比.当该位移测量系统的外腔长度是内腔长度的6倍时,被测物体每移动半个光波长,激光强度波动12次,系统分辨率可以达到二十四分之一光波长.理论分析与实验结果相符合.研究表明该位移测量系统具有高分辨率、大测量范围、可工作于任意回馈水平等特点.关键词：调频回馈位移测量双折射双频激光器强度波动频率     

光学频率梳啁啾干涉实现绝对距离测量

本文提出一种基于光学频率梳的啁啾脉冲干涉绝对距离测量的方法.通过一对衍射光栅啁啾参考脉冲,分析参考脉冲和测量脉冲的干涉光谱,得到脉冲的中心频率偏移量,从而解算出被测距离.文中详细分析了脉冲啁啾原理和啁啾脉冲干涉测距原理,以及影响测距范围的因素并给出仿真.搭建了改进的Michelson干涉结构,实验得出测距范围受啁啾参数的影响,并与理论分析吻合;在地下长导轨上,进行大范围测距实验.实验结果表明当,在65 m范围内,测量结果与参考测距仪相比,测距精度为33μm,相对精度达到5.1×10~(-7).此外,根据理论分析,通过实验优化了实验装置的测量不确定度.     

动态啁啾脉冲干涉的快速绝对距离测量

提出了一种基于动态光学频率梳啁啾脉冲干涉的绝对距离快速测量方法.借助于重复频率的线性扫描,可获取啁啾光谱干涉信号中最宽条纹的动态频率偏移,从而完成被测距离的高精度测量.动态重复频率能够延伸光谱仪探测极限,相应地减小测量盲区,并且基于合成波长也使得测量非模糊范围得到极大的拓展.本文测距系统无需重复频率的锁定,能够摆脱对锁相环等复杂应用模式的依赖,在简化系统的同时借助铷钟提供精准时钟参考,从而进一步提高测量精度.此外,电荷耦合器件成像帧速以及重复频率扫描速度的提升可实现干涉信号的快速采集,弥补传统光谱干涉测量以及腔调谐方式在探测速度上的不足.实验结果表明,本文方法单点测距数据更新率为13.5 Hz,相较于参考数值,在20 m的测量范围内,测量不确定度优于27 μm,相对精度为1.35 × 10^-6.     

光栅横向位移遥测中的辨向和移相技术

分析在用光栅多普勒效应实现横向位移遥测过程中利用移相技术和频移技术获得９０°相移的方法以及光栅运动方向的辨别方法,得出相应的实验结果。     

超外差干涉绝对距离测量研究综述

近几年来，基于多波长干涉理论的绝对距离测量技术取得了很大的进展。其中，超外差绝对距离干涉测量可以克服光学元件引起的模耦合误差，这是普通的外差干涉测量所不能避免的。超外差测量还能够实现合成波长相位的实时检测。本文简要介绍了多波长干涉测量（也叫小数重合法）的基本原理，论述和分析了超外差干涉测量的原理，指出了超外差测量的优点。最后，对超外差测量的方案进行了综述，并指出了它们在实际测量中的特点。     

相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究

 为了克服一般绝对距离测量方法量程和精度不能同时满足的问题,提出一种相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量方案。该方案使用相位激光测距技术进行粗测,双纵模He-Ne激光器外差干涉测长技术进行精测,保证两者结合的单值性。建立测量系统,对方案的可行性进行了实验验证,并对影响系统稳定性的因素进行了分析。与双频激光干涉仪的比对结果表明：测量标准差优于1mm,可以满足一些大尺寸的测量精度要求。     

一种新型多波长绝对距离干涉测量系统的研究

介绍了一种新型多波长绝对距离干涉测量系统。系统采用633nm的双纵模He-Ne激光器和629nm的He-Ne激光器,组成三级合成波长链对较大距离进行精密测量,并作了误差分析。系统采用高稳定度的声光晶体对各波长分别进行偏频,再用外差探测法测量出光束通过参考光路和测量光路后的位相差。简要介绍了629nm的He-Ne激光器的设计方案。     

用117μm合成波长实现绝对距离干涉测量

根据以前双纵模绝对距离测量中合成波长过大导致误差较大的缺点,设计了一种新型多波长绝对距离干涉测量系统。采用633 nm双纵模He-Ne激光器中的一个纵模和629 nm波长的He-Ne激光组成117μm合成波长,使用双外差干涉技术对距离改变进行精密测量。静态稳定度和动态测量实验表明,由于采用了较小的合成波长,系统的测量不确定度可以达到3.8×10-6L+57 nm,在500 mm的距离上不确定度小于2μm。最后从合成波长不确定性的角度,对干涉系统中的误差作了分析。该系统如能与双纵模拍波测量作衔接则可实现对被测距离由粗至精的测量。     

基于激光移频回馈技术远距离振动测量研究

远距离微弱振动信号探测在机械制造、国防军事等领域具有重要意义。针对远距离非合作目标振动测量不足的问题,基于固体微片激光器移频回馈技术,构建远距离振动测量系统,进一步分析系统灵敏度指标,包括工作距离、入射角度以及非配合物体等参数。实验得到:系统对100 m外目标微弱振动信号高质量采集,以硬纸盒作为测量目标时,频率测量误差小于0.1%,在±60°入射角下信噪比仍接近20 dB。此外支持对奶粉袋、泡沫等多种非合作目标振动测量。系统可灵活用于机械振动测量和远程监视等领域,具有较大工程应用推广价值。     

大尺寸绝对距离测量的现状及发展

大尺寸绝对距离测量技术是解决工业生产中大型零件高精度测量的重要手段。本文介绍了该技术的基本原理及国内外发展现状，并对影响测量精度的三个重要因素作了分析和讨论，并预言超短波Ｘ激光、自适应光学及集成光学技术将会在该领域得到广泛应用     

双频氦氖激光回馈位移测量系统的实验与应用研究

研究了一种全新的纳米尺度位移测量系统。将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应，使原本单模谐振的激光器输出变成了频差可调的2个正交偏振频率（o光和e光），而形成双频激光器。在激光谐振腔外放置沿激光轴线位移的反射表面，将输出的激光束反射回腔内，以便对激光的光强进行调制，可实现高分辨率非接触式可判向位移测量。提出了一种细分方法，该方法突破了传统干涉系统的衍射极限（1/2波长）。对于633nm波长He-Ne激光，本系统的理想分辨率为1/8波长（约为79nm）。     

一种基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统

介绍了一个基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统。系统包括两个干涉仪:采用半导体激光器作为光源的定位干涉仪和测量位移的外差干涉仪。介绍了光源的选择,系统的设计以及信号的采集和处理方案。采用这套绝对测量系统,可以实现长度为2m以内的绝对距离测量,定位精度可以达到±0.5μm。     

基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距及其非模糊度量程分析

飞秒光梳被广泛用于时间频率技术和精密光谱测量,由其时频特性所衍生的绝对测距技术以可溯源、大尺寸、高精度等优点有望成为未来长度计量的最重要手段.本文提出了一种基于飞秒光梳多路同步锁相的多波长干涉实时绝对测距方法,使多个连续波激光器通过光学锁相环技术同步锁定到飞秒光梳梳模上,通过多路同步相位测量和小数重合算法最终实现绝对距离测量.所提测量方法不仅能保留传统激光干涉测距的高分辨力和精度,而且可溯源至时间频率基准,对高精度长度测量、尤其是对物理复现“米”的定义具有重要计量意义.测距实验证明,四波长干涉测距的非模糊度量程达到44.6 mm,折射率波动导致非模糊度量程变化为纳米量级;多波长干涉测距的非模糊度量程也受制于空气折射率的测量误差,多波长干涉绝对测距的非模糊度量程在实验室环境下可达数米、甚至几十米,并通过2米线性位移实验证明了多波长绝对测距的大量程和线性测量性能.     

一种基于电光调制光频梳光谱干涉的绝对测距方法

提出了一种基于电光调制光学频率梳的光谱干涉测距方法.理论分析了电光调制光学频率梳的数学模型和光谱扩展原理,并分析得出了光谱干涉测距方法的非模糊范围和分辨力的影响因素.在实验中,使用三只级联的电光相位调制器调制单频连续波激光生成了40多阶高功率梳齿状边带,并通过单模光纤和高非线性光纤对电光调制器输出的激光进行光谱扩展,得到重复频率为10 GHz,光谱宽度达30 nm的光学频率梳.将该光频梳作为光谱干涉测距装置的光源,可以实现无"死区"的绝对距离测量.另外,使用等频率间隔重采样和二次方程脉冲峰值拟合算法对测量结果进行数据处理,可以修正系统误差,提升测距精度.实验结果表明,在1 m的测量范围内,使用该装置可以在任意位置达到±15μm以内的绝对测距精度.     

干涉测距仪中光纤的特性分析

提出一种由定位干涉仪和测量干涉仪组成的光纤干涉绝对距离测量方法 ,将对光程的定位过程和对距离的测量过程分别进行 ,实现对大距离的高精度绝对测量 ,同时在测量系统中引入光纤和光纤干涉仪 ,以改善系统结构和性能。详细分析了光纤损耗特性、色散特性和偏振特性对测量系统的影响 ,并特别给出了有关色散特性影响的量化分析结果。分析表明色散特性对于系统的测量范围有较大的影响     

Alternative method of wavelength drift free dual-wavelength heterodyne interferometry for the absolute distance measurement

Based on the technique of dual-wavelength and principle of heterodyne interferometry, a modified method for measuring the absolute distance is proposed. Because two test lights suffer from the same influence of wavelength drift in the measurement setup, the minus effect coming from the wavelength drift can be offset. Therefore, the measurement accuracy can be significantly increased. The feasibility of this method was demonstrated with a measurement resolution of about 1.50 μm. This method provides the advantages of a simple optical setup, easy operation and rapid measurement.     

激光回馈效应及其传感应用研究的进展

对基于激光回馈效应的传感应用研究进展进行了综述。由于激光回馈引起激光器功率波动一个条纹对应外部反射镜移动半个光波波长,功率波动深度与传统双光束干涉系统相当,基于该现象的激光回馈干涉仪与传统的干涉仪相比具有相同的相位灵敏度。但其结构简单、紧凑、易准直的特点,引起了国内外科研者浓厚的兴趣,开发了很多全新概念、经济实用的精密测量仪器。对激光回馈效应在位移测量、速度测量、振动测量、距离测量、角度测量和形貌测量中的原理进行了介绍,同时对各传感应用系统进行了评述。     

Laser frequency stabilization based on Sagnac interferometric spectroscopy

A simple method based on Sagnac interferometric spectroscopy (SIS) is applied for frequency stabilization of diode lasers. Sagnac interferometric spectra of rubidium vapor are investigated both theoretically and experimentally. The interference signal at the output of the Sagnac interferometer displays a sharp dispersion feature near the atomic resonance. This dispersion curve is used as the feedback error signal to stabilize the laser frequency. Linewidth of a diode laser is stabilized down to 1 MHz by this modulation-free method.