线性调频激光自混合干涉双通道微位移测量方法研究

为了满足工程中一些特殊二维位移测量需求或提高位移测量效率,建立了结构简单紧凑的激光自混合干涉双通道位移测量系统。首先,基于三镜法-珀腔模型给出自混合干涉系统的数学方程。其次,在弱反馈条件下施加线性电流调制,依据自混合信号频率和外部物体距离的线性关系,当两个物体到激光器距离不同时,频域会呈现两个独立的谱峰,分别对其进行相位解算,从而实现自混合双通道位移测量。然后,数值模拟生成了双通道激光自混合信号,根据全相位频谱分析技术对自混合信号两个谱峰的相位进行估算,重构了两个物体位移曲线,给出了仿真验证。最后,搭建了实验系统,进行了自混合干涉双通道位移测量实验,并给出实验测量结果。实验结果表明,该系统可以完全区分两个运动物体,位移测量相对误差优于8.42%。线性调频激光自混合干涉可以实现任意运动规律的双通道位移测量,通过继续分光其测量通道数仍可进一步增加。

线性调频激光回馈粒度探测灵敏度提升方法

激光回馈(或激光自混合干涉)技术在位移、距离、速度、振动等传统物理量测量领域具有广泛的研究和应用.近20年来,这项技术在纳米粒度检测中也展示出了巨大的前景,其测量原理是:基于激光束与照射区域每个粒子相互作用的非相干叠加,粒子直径可以通过激光回馈信号功率谱的洛伦兹拟合而求出.激光回馈粒度检测一般使用恒流驱动的半导体激光器,其信号功率谱峰会位于零频附近,只呈现出右侧部分,有些使用固体激光器的粒度传感器通过一对声光调制器进行移频,将功率谱峰搬离零频位置,但是极大地增加了系统的复杂度和费用.本文用线性调制电流驱动半导体激光器,以产生近似线性调频,从而方便地把功率谱峰搬移到任意期望的频谱位置上.此外,适当的光反馈强度下,倾斜的回馈信号条纹会导致功率谱峰产生高次谐波,这些谐波峰的频谱展宽较主峰更为明显,可以有效提高纳米粒子检测的灵敏度.本文所提出的新技术方案通过数值仿真和实验验证,有望应用在低成本、结构紧凑、高灵敏度的激光回馈粒度传感器或相关仪器中.