基于光纤激光器自混合干涉的位移测量技术研究

【摘要】激光自混合干涉基于外部光反馈效应,激光器输出的光被外部物体反射或散射后,其中一部分光又耦合回激光器的谐振腔,反馈光携带了外部物体的信息,与腔内光相混合后,调制激光器输出功率及输出频率,形成自混合干涉。由于自混合干涉具有结构简单、易于准直及灵敏度高等优点,可用于速度、位移、距离及振动等物理量的精密测量,从而形成了一门新的技术。首先研究了光纤激光器自混合干涉理论,运用了四镜腔模型阐述了线形腔光纤激光器自混合干涉效应的基本原理,获得了光反馈条件下激光器输出功率及输出频率的数学表达式,对不同反馈水平下的自混合干涉信号进行了理论分析与数值模拟,探讨了实验参数对自混合干涉信号输出波形的影响。研究了环形腔光纤激光器自混合干涉的基本理论,设计了基于光纤激光器的自混合干涉测量系统,实验验证了理论分析的结果。应用光纤激光器的自混合干涉效应对微位移的测量方法进行了研究。为了提高自混合干涉的微位移测量精度,将正弦相位调制方法引入光纤激光器自混合干涉测量技术中。在光纤激光器外腔中使用电光晶体相位调制器或光纤压电相位调制器调制自混合干涉信号。研究了两种基于正弦相位调制自混合干涉信号的高精度相位解调方法：频域谐波分析技术及时域四象限积分技术。文中对两种解调方法分别给出了理论分析的结果,并对测量过程中主要的误差来源及其对测量精度的影响进行了分析。分别搭建了基于线形腔光纤激光器和环形腔光纤激光器的实验系统,对外反射靶面的微米级动态位移进行了重构,微位移重构的最大误差分别为V20和λ/15。59868为提高位移测量范围,开展了光纤激光器自混合干涉合成波长法的研究,从理论上探讨了自混合干涉合成波长法进行位移测量的方法,并进行了原理性实验。
【作者】郝辉；
【导师】王鸣；
【作者基本信息】南京师范大学，物理电子学，2013，博士
【关键词】光纤激光器；自混合干涉；正弦相位调制；相位解调；微位移测量；

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