基于相位凝固技术的激光反馈干涉术

针对激光反馈干涉术,提出基于相位凝固技术的调制解调方法,用以提高位移测量的分辨率,并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统.利用调制器进行外腔相位调制,采集调制相位相对固定的干涉光信号,通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析,并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明,采用5点相位凝固采样技术,测量准确度可以达到λ/20.此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率,实现信号实时采集处理,可用于位移的实时测量.     

基于激光拍频高准确度相位式测距方法

介绍一种基于相位式激光测距的高动态、高准确度测距系统.系统引入光频调制技术实现激光拍频产生高频调制信号并完成信号的高速变测尺调制.在对回波信号进行鉴相时,为降低鉴相偏差采用无窗全相位谱分析并实现对测量信号的相位计算.计算表明,该方法可以有效抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,提高鉴相准确度.实验表明该测距系统可以有效地解决相位法测距中存在的抗干扰能力差、距离模糊较难抑制等问题,调制信号频率为100 MHz、信噪比为30dB时测距准确度优于0.5mm.     

基于相位凝固技术的激光反馈干涉术

针对激光反馈干涉术,提出基于相位凝固技术的调制解调方法,用以提高位移测量的分辨率,并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统,利用调制器进行外腔相位调制,采集调制相位相对固定的干涉光信号,通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析,并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明,采用5点...     

基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法

提出一种利用相位载波的调制解调技术实现白光干涉系统复用的周界安防新方法.该系统在单芯反馈式白光干涉系统的若干感应端,分别串接工作在不同频率的相位调制器.首先利用相位调制技术,将不同干涉子系统的感应端的触发信号从频域上分开;再使用相位解调技术,从同一干涉系统输出信号中获得相应于不同感应端的独立时域信号.实验中通过布设在现...     

相位型宽频带激光测振仪的研究

在理论上详细描述了一种新型的激光偏振移相干涉测振系统.通过计算机对两路正交干涉光电信号的接收和正弦逼近法数字处理,在1Hz～10KHz宽频带内测量振动台的振幅和初相位,从而实现加速度传感器复合灵敏度的绝对校准.运用琼斯矩阵证明干涉系统中通过偏振片调整可保证两信号的正交性.     

干涉条纹相位锁定系统分析及其控制

干涉条纹的相位变化与干涉条纹中某一固定点的光强密切相关,基于这一原理,通过对干涉场光强分析,提出并设计了一种用于干涉条纹相位锁定的控制系统.光电探测器检测干涉条纹中固定目标点的光强,并以该光强电压作为反馈控制信号,利用声光调制器对干涉系统中两束高斯光束中的一束进行实时频率调制,将光强电压控制在一个固定值,实现干涉条纹的相位锁定.构建了条纹锁定控制系统控制对象的理论模型,通过实验进行了验证,并基于该模型的特点设计了条纹锁定控制器.实验结果表明:在400Hz的控制频率下,干涉条纹相位漂移不超过±0.04个条纹周期,满足干涉光刻的曝光需求.     

基于相位载波复用的光纤周界安防系统及其实现方法

提出一种利用相位载波的调制解调技术实现白光干涉系统复用的周界安防新方法.该系统在单芯反馈式白光干涉系统的若干感应端,分别串接工作在不同频率的相位调制器.首先利用相位调制技术,将不同干涉子系统的感应端的触发信号从频域上分开|再使用相位解调技术,从同一干涉系统输出信号中获得相应于不同感应端的独立时域信号.实验中通过布设在现场的传感光纤对区域环境振动实现实时记录,用白光干涉方法实现振动信号的提取,利用相位载波复用实现不同区域的定位.理论分析和测试结果表明:通过相位载波复用技术,实现不同传感端共用一套干涉系统的方法,可以显著减小周界安防系统的复杂程度,降低系统成本|该方法能对环境触发信号进行实时监控,并能快速,有效地确定扰动信号的所属区域,具有较高的灵敏度,有利于在大区域,长距离的监控领域获得实施.     

光盘系统中盘片径向倾斜对循迹伺服影响分析

基于衍射理论 ,采用更接近光盘实际情况的椭圆型信息符模型并利用光盘的线性叠加原理得到光盘衍射模型的解析表达式 ,对三种主流盘片的盘片倾斜对循迹系统产生的影响进行定量的计算与分析。采用差动相位方式循轨的DVD ROM盘片随径向倾斜的偏移系数为 0 .0 6 μm/(°)。采用推挽方式循轨的DVD RAM盘片循轨误差随径向倾斜的偏移系数为 0 .15 μm/(°)。在相同的盘片参量情况下 ,差动相位检测方法获得循迹误差比推挽方法受盘片径向倾斜的影响更小 ,在读取过程中差动相位检测方法可以获得更好的伺服精度。分析了DVD RAM盘片预刻槽深度与循规误差信号受径向倾斜影响偏移量的关系。实验结果较好的验证了计算和结论。     

基于二次偏振调制的变频测距方法与系统实现

由于鉴相精度限制、电路等引入的附加相移干扰等因素,传统相位测距技术精度的提高受到了限制.采用二次偏振调制技术对相位测距技术进行了改进.利用二次偏振调制方法能够直接在相位调制器上对两次调制信号的相位差进行解调,大幅度简化了系统的复杂程度.采用变频方法替代传统的鉴相方法,从而系统的测量精度不再受鉴相问题的困扰.从理论上得到系统输出光强与调制频率成正余弦关系,并进行了实验验证.基于变频测距的实验中,系统频率的稳定度优于10-6,测量精度可以达到±10.6μm(被测距离为4.5 m).并对一段长200 m的光纤进行了实际测量,得到了清晰的调制频率与系统输出光强的曲线.     

I/Q方法用于高频信号鉴相

在加速器高频相位控制环路中, 相位检测是影响控制精度的关键环节. 讨论了两种将I/Q技术用于高频信号鉴相的方法. 具体内容包括数学算法的研究和硬件系统的搭建. 两种方法分别是: 1) 利用I/Q解调模块、AD采集卡和数字处理技术进行鉴相; 2) 直接数字I/Q方法. 在第一种方法中, 提出了一种可行的、针对I/Q模块固有误差的修正算法. 第二种方法, 通过对参考相位进行(2π/N)步进调制, 获得I, Q分量. 两种鉴相方法都达到了误差<0.5°.     

利用LED探测甲烷气体浓度的实验研究

报导了一个利用LED作光源探测甲烷浓度的差分探测系统,分析了系统中各光学元件的作用,给出甲烷浓度的计算方法及实验结果.选用甲烷在1.65 μm附近2ν3谱带中的R支作为探测对象.利用法布里-珀罗标准具的透过率曲线与甲烷吸收线相互匹配的方法滤掉无用光,并通过压电陶瓷改变标准具的腔长,从而实现了差分吸收探测,进一步提高了测量灵敏度,取得了较好的结果.     

Real-time surface profile measurement using a feedback type of sinusoidal phase modulating interferometer

In this paper, we propose a sinusoidal phase modulating (SPM) interferometer that is insensitive to external disturbances, and its measuring principle is analyzed theoretically. In the SPM interferometer, the interference signal is detected by a high-speed image sensor based on a low-speed CCD and a signal processing circuit is used to obtain the phase of each point on the surface. Therefore, the surface profile can be measured real-time. The experiments measuring the surface profile of a wedge-shaped optical flat show that the measurement time of the SPM interferometer is less than 10 ms, the repetitive measurement accuracy is 4.2 nm. The results show that the impacts of nonlinear distortion of the piezoelectric transducer (PZT) and part external disturbance are removed.     

基于低频压缩光的声频信号测量

低频信号测量在引力波探测、生物成像及磁场测量等方面具有重要的应用价值.本文利用非简并光学参量放大器获得了低频压缩态光场,在频率19 kHz处直接测到的压缩度为(7.1±0.1)dB;将产生的正交位相压缩态光场注入到马赫-曾德尔干涉仪中,实现了超越散粒噪声极限(3.0±0.4)dB的声频相位信号的测量.本实验的开展为低频压缩光的产生及基于低频压缩光的声频信号测量提供了一定技术支撑,并且此技术有望扩展到磁场、空间小位移等其他物理量的量子精密测量方案中.     

The PZT optical fiber phase modulator testing with varying amplitude modulation

Ｔｈｅ ＰＺＴ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｖａｒｙｉｎｇ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ￥ＹＡＮＧＹｕａｎｈｏｎｇ；ＭＡＪｉｎｇ；ＺＨＡＮＧＷｅｉｘｕ（ＴａｂｓｉｂＲｅｓｅａｒｃｈ...     

高精度表面粗糙度外差干涉仪信号处理系统的研制

针对用于磨床加工的光外差表面粗糙度在线干涉测量仪，文中介绍了整机的信号处理系统，着重讨论了两项关键技术。即宽动态范围测量信号的自动控制和高精度动态相位测量，系统的测量精度达２．６°（相当于３．２ｎｍ），允许测量中最大多普勒频移±２０ｋＨｚ（对应高度的变化率±８．７５×１０－３ｍ／ｓ），完全满足磨床加工中表面粗糙度在线测量的要求。现场测试证实了这一点，这对于精加工、超精加工表面粗糙度的在线质量控制、提高加工精度等非常重要。     

干涉仪环境振动的外差检测与自适应控制

测试环境的微振动干扰会引起干涉图的抖动,影响移相干涉仪的测量准确．设计了一种内嵌于移相干涉仪的外差测振光路,对干涉仪所受环境微振动进行实时检测;采用单片RF/IF集成芯片对两路40 MHz的模拟外差信号直接进行比相,简化了通常使用的数字测相方法．在测得环境振动信息后,运用DSP技术和自适应信号处理的方法,实现了基于PZT移相器的自适应振动控制,实验结果表明干涉仪对幅频积不大于100 waves·Hz的环境振动的抑制能力达－39 dB.     

基于人工神经网络的大量程光纤实时距离干涉测量仪

提出了一种基于人工神经网络的全光纤化大量程实时距离干涉测量仪.采用双正弦相位调制方法,即通过同时调制半导体激光器的波长和干涉仪的光程差实现外差测量.为了扩大干涉仪的测量范围和消除输出信号中的交叉敏感,采用人工神经网络进行信号处理,把两路经过初步解调的干涉信号作为输入样本,物体距离的实际值作为输出样本,对神经网络进行训练,以使其具有良好的推广能力.实验结果表明神经网络的使用不仅扩大了距离的测量范围而且提高了测量精度.     

基于矢量叠加实现差分编码的光子模数转换方案

提出并验证了一种基于矢量叠加原理对输入射频信号进行差分编码的光子模数转换方案.该方案采用两路不同波长脉冲源通过一个相位调制器对输入射频信号进行调制,调制输出接入延时线干涉仪从而产生两路具有固定相位差的差分调制信号.利用矢量叠加模块对两路差分调制信号的强度进行不同程度的衰减和组合,从而获得系统量化所需的各路传递函数之间的相移量.该方案能够对输入射频信号实现差分编码,有效提高了系统的比特精度.同时该方案结构简单,只需要一个相位调制器,一个延时线干涉仪和一个矢量叠加模块即可构建.另外,各路传递函数之间的相移量是通过衰减两路差分调制信号的强度来实现,避免了传统光子模数转换方案中调制器对温度、环境敏感而引入的相位漂移问题.本文对4比特模数转换系统进行了原理性验证,实验结果证实了基于矢量叠加原理的光子模数转换方案的可行性.     

Self-mixing interferometer based on temporal-carrier phase-shifting technique for micro-displacement reconstruction

A novel self-mixing interferometer based on temporal-carrier phase-shifting technique is presented. The phase of the laser beam is modulated with a triangular wave by an electro-optic modulator (EOM) in the external cavity. Phase demodulation of the interference signal is achieved by five-step Schwider-Hariharan algorithm combined with a special sampling technique. Theoretical analysis and simulation results are presented. Some errors of the technique have been discussed. Experimentally, the new interferometer is applied to measure the displacement of a high precision commercial PZT and a displacement measurement accuracy of λ/60 can be obtained.     

高分辨率调频连续波激光绝对测距研究

大空间精密测量在重大装备制造、空间科技、国防工业等方面发挥着重要作用,激光高精度绝对长度测量是大空间精密测量领域的重要研究课题.调频连续波激光测距是近年来激光绝对测距研究的热点,它克服了脉冲法测量分辨率低和相位法激光测距存在2π缠绕模糊度问题的缺点,有着测量精度高、量程大的优点.本文研究了调频连续波激光测距的原理,分析了影响其测距分辨率的主要原因,证明了利用等光频间隔采样来抑制激光调制非线性对测距结果影响的可行性.该方法可以提高测距分辨率,且系统构成简单、实用性强.搭建了光纤调频连续波激光测距系统,并加入了辅助干涉光路对测量信号进行等光频间隔采样.利用该系统进行了测距分辨率实验,实验结果表明,本系统测量分辨率可以达到50μm,测量范围达到了10m.