纳米级分辨率双频激光回馈位移测量系统

提出了一种基于双频激光回馈原理的高精度位移测量方法。在分析双频激光回馈测量原理的基础上,研究了双频激光回馈的基本现象并给出了理论依据,进一步的在回馈光学系统基础上,对两路正交的光回馈条纹利用电路进行细分处理:即四倍频细分产生大数计数及在一个大数脉冲内再进行小数细分,最后再将二者相结合。主要采用可编程逻辑器件FPGA和单片机设计信号处理电路,四倍频细分主要利用FPGA实现,小数部分主要通过单片机软件查表程序实现。全部电路并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性。目前此系统满足高精度位移测量的要求。

LD抽运微片激光器光回馈技术的研究进展

综述了半导体抽运微片激光器光回馈技术的研究进展状况,介绍了其研究背景和基本理论模型;阐述了它的应用成果,包括超高灵敏度激光自混合多普勒测速技术,可测量纳米级振动的测振仪,以及激光回馈层析成像技术等;展望了微片激光器回馈技术今后的发展方向。

高分辨率双频激光回馈的位移测量方法

在分析双频激光回馈测量原理的基础上,提出了一种基于双频激光回馈原理的高精度位移测量方法,研究了双频激光回馈的基本现象并给出了理论依据,进一步在回馈光学系统基础上,对两路正交的光回馈条纹,利用电路进行细分处理:即5细分和4倍频电路相结合,细分产生的计数脉冲最后送入单片机进行计算及显示.采用可编程逻辑器件FPGA和单片机设计信号处理电路,利用FPGA实现4倍频细分,利用电阻链细分实现5细分.全部电路通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性.目前此系统可满足高精度位移测量的要求.

采用Nd:YAG微片激光器的激光回馈干涉仪的研制

微片激光器具有极高的光回馈敏感度,在回馈测量技术中占据重要地位。准共路激光回馈干涉技术在保持了微片激光器的高光回馈灵敏度以及外差式光回馈相位测量方法的高分辨率等优点的同时,通过频率复用技术消除了回馈干涉仪的空程带来的负面影响,大幅度地提高了回馈干涉仪的抗环境干扰能力。它可以进行非配合目标的非接触式精密位移测量,从而填补了现有激光干涉仪在精密位移测量应用方面的一个空白。通过与Agilent5529A双频激光干涉仪多次比对,得到回馈干涉仪目前达到的指标为:线性度优于3×10-5,量程50 mm,标准差在200 nm左右。

引入激光回馈的双光束干涉效应的研究

提出了一种引入He Ne激光回馈的双光束干涉系统 ,并在理论和实验两方面进行了研究。实验中对系统中的干涉信号及激光器尾光功率变化同时进行探测。发现当干涉仪的主回馈镜移动时 ,激光器尾光信号是正弦形波形 ,而干涉仪输出的是以双峰为一个周期的信号 ,双峰中一峰总是高于另一峰 ,并且当主回馈镜移动方向改变时 ,同一周期中两峰出现的顺序也随之改变。对实验现象进行了理论分析 ,并模拟出干涉信号及激光自身功率的变化曲线。理论分析及模拟结果与实验结果完全吻合。讨论了利用发现的现象进行测量的可行性 。

弱光反馈水平下光回馈传感器的模拟行为模型

反射或散射光光强的变化及系统的非线性都将导致干涉模型的变化,从而造成干涉信号波形的变化。这些变化将增加测量过程中数据处理的复杂性。本文基于Cadence公司的orcad10.5提出一种模拟行为模型来描述弱光反馈水平下光回馈自混合干涉现象,该方法减化了光回馈自混合干涉现象中非线性方程的求解过程。不仅建立了弱光反馈水平下光回馈传感器的模拟行为模型,搭建了软硬件结合的平台,同时也提供了一种对目标位移、速度、距离等进行测量的新的数据处理方法。

高光反馈水平下光回馈传感器的模拟行为模型

基于Cadence公司的orcad10.5提出一种模拟行为模型来描述高光反馈水平下(适度光反馈水平和强光反馈水平)光回馈自混合干涉现象,该方法减化了光回馈自混合干涉现象中非线性方程的求解过程。不仅建立了高光反馈水平下光回馈传感器的模拟行为模型,搭建了软硬件结合的平台,同时也提供了一种对目标位移、速度、距离等进行测量的新的数据处理方法。

双折射外腔双频激光器光回馈

为了研究双频激光器的光回馈特性,采用双折射外腔光回馈的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了双频激光器中条纹倍频现象的数据。结果表明,光回馈系统分辨率提高了1倍,同时利用双频激光器两垂直偏振光间的模竞争,使得倍频条纹的调制幅度明显增大,从而使得光回馈系统的灵敏度大大提高。实验结果与理论分析吻合,这对提高光回馈系统的分辨率是有帮助的。

Nd∶YAG微片激光回馈干涉仪

Nd∶YAG激光回馈干涉仪已实现仪器化,但在实际应用中仍然存在不足。测量了Nd∶YAG微片激光器的基本参数,设计了红光指示装置、准直扩束装置和空气折射率补偿系统,完成了指示1064nm的不可见光的同时实现了量程提高和波长补偿,得到了使用更方便、量程更大、应用范围更广、测量精度更高的实用Nd∶YAG激光回馈干涉仪。

光回馈Nd:YAG激光器中的多模跳变现象

研究了Nd:YAG激光器中光回馈引起的多模跳变现象.光回馈调制了激光器不同纵模的阈值增益,阈值增益最低的纵模获得振荡.在外腔调谐过程中,当振荡模式的阈值增益高于相邻模式的阈值增益时产生模跳变,光强调制曲线出现相应的波动.各跳变纵模在增益曲线上的位置不同,导致模跳变点位置不同,相应的光强调制曲线也不同.越靠近中心频率的纵模,其光强信号峰值越大,该纵模持续振荡时间也就越长.当两跳变纵模关于中心频率对称时,其光强信号峰值相等,纵模持续振荡时间也相等.

激光回馈技术及发展

介绍了激光回馈的概念、研究史、国内外主要课题组、可能应用;从应用的角度指出了其有待解决的重大科学技术问题,如细分、判向,环境干扰、功率漂移、频率漂移和应用开拓等。

调频微片Nd:YAG激光器光回馈特性的研究

研究了调频微片Nd:YAG激光器的光回馈特性.在没有光回馈的情况下,激光频率每改变一个纵模间隔,激光器输出功率变化一个条纹.有光回馈时,同时改变激光频率和外腔相位,激光器输出功率波动频率正比于内、外腔长度之比.基于三镜腔等效模型的理论分析和实验结果相符合.并且讨论了这一现象在精密测量领域的潜在应用.

激光回馈引起的微片Nd:YAG激光器频差调制

微片激光器由于自身的内应力会输出频率分裂的正交偏振的两个模式.研究了回馈对微片激光器频差的影响.研究发现:在回馈的作用下微片激光器的频差大小呈现出以初始频差为中心的类正弦的频差调制,周期为λ/2;频差调制曲线的幅度与回馈水平成正比,但是当回馈水平过强时会出现偏振态跳变,从而使频差消失;在一定的回馈外腔范围内,频差调制曲线的幅度与初始频差亦成正比.并利用复合腔模型和激光器的自洽理论进行了理论分析和模拟,所得结果与实验结果相符.此调制现象在精密测量领域有潜在应用.

回馈法测量激光器自由光谱范围实验教学研究

进一步提升大学生科研素质的教育背景下,大学物理实验及光电信息科学与工程专业教学要求培养学生基础实验能力同时增强学生的创新能力。探索将科研最新进展引入教学环节,利用光回馈技术对多纵模激光器的自由光谱范围进行测量,丰富了相关实践教学内容,提升了学生科研素质、增强了学生分析问题及提出创新性方案解决问题的能力。

He-Ne激光器光回馈输出功率特性的研究

提出了一种He-Ne激光回馈实验系统,并在理论和实验两方面进行了研究。当回馈反射镜的位置变化或固定时,分别对激光输出功率进行了测量,得到了实验结果并对实验结果进行了分析。

LD泵浦Nd∶YAG微片激光器异常强度噪声研究

针对实验中发现LD泵浦Nd∶YAG微片激光器的三类异常强度噪声,其强度波动幅度达20%～30%,严重影响了系统的稳定性,从理论和实验上对这三类强度噪声的特性进行了研究,包括外部光回馈引入的功率波动,LD异常噪声向固体激光器的传递,端泵浦偏离引起的模式耦合等。就各类噪声来源分别提出了相应的消除方法,抑制了微片Nd∶YAG激光器输出功率噪声,改善了激光输出特性,满足了频差精密测量的需要。

正交线偏振激光器原理与应用(Ⅱ)——物理现象研究

系统介绍了作者实验室发现的正交线偏振激光的物理现象及对若干问题的理论分析。包括:强烈与中度模竞争之间的转换,即竞争中两个频率之一由振荡到熄灭或从熄灭到振荡的过程;强烈模竞争的频差范围的确定(0～40MHz左右);双折射双频激光器腔调谐中出现的4种偏振态组合(o光振荡、e光不振荡,o光、e光同时振荡,o光不振荡、e光振荡,o光、e光都不振荡,循环重复);双折射双频激光器频差调谐现象;双折射Zeeman双频激光器的功率调谐、频差调谐特性;正交线偏振激光回馈自混合干涉中两个频率的相互抑制,强度的转移;双折射外腔回馈引入的条纹倍频现象;石英晶体旋光性造成的激光两端偏振方向的差异及随晶片旋转的改变,频率分裂畸变等。

各向异性外腔微片Nd:YAG激光器调频回馈研究

研究了在各向异性外腔下微片Nd:YAG激光器调频回馈特性.作为对比,首先给出了在各向同性外腔下调频回馈结果,激光器输出功率的半波条纹数正比于外、内腔长度之比.在回馈外腔中内置一个四分之一波片,激光偏振态发生规律性跳变,每个纵模带宽内的偏振跳变次数正比于外、内腔长之比,相同外腔长下,回馈条纹再次倍频.进行了基于法布里-珀罗腔等效模型的理论分析,结果和实验相符合.此现象在精密测量领域有潜在应用.

腔调谐过程中激光器中两垂直偏振光的回馈特性

腔调谐过程中同时对HeNe激光器进行光回馈,设定回馈镜驱动信号的周期远小于腔调谐信号的周期,此时便获得腔调谐过程中谐振腔中两垂直偏振光的回馈信号.回馈的形式分为仅垂直光回馈、仅平行光回馈以及两光同时回馈三种情况.当两光同时回馈时,两模式间的模竞争较弱,两光回馈曲线有一定的相位差,该相位差小于180°,两光总体波动幅度变化趋势相反.当仅单偏振光回馈时,两模式间的模竞争较强,两光回馈曲线始终反相,而且两光波动幅度变化趋势相同,此时可以将两光强度信号相减以实现成倍提高回馈信号幅度,从而提高系统灵敏度.尤其仅垂直光回馈时,两光各自光强波动幅值都较大,并且在较大的增益曲线范围内保持光强波动幅值无明显变化,该特性可用于提高回馈系统的抗干扰能力,减少因激光功率漂移而引起的错误计数.

自混合干涉效应及其在位移测量应用中的进展

对自混合干涉系统的位移测量研究进展进行了综述.首先对自混合干涉的发展概况进行了介绍,然后着重介绍了基于自混合干涉系统的位移测量系统.文中将基于自混合干涉的位移测量技术分为条纹计数法,模跳测量法,合成波长测量法,拍频测量法,光回馈水平差异测量法,分区细分法.条纹计数法最易于实现,系统最简单,但分辨率低,一般为半个光波长.模跳测量法利用跳模原理进行测量,分为开环和闭环模跳测量法两类,所对应的分辨率分别为40和50 nm.合成波长测量法则利用双激光器同时回馈时两激光器光强条纹相位差异实现位移测量,测量速度和范围相对于传统单激光器相位测量法大大提高.拍频测量法利用光回馈引起激光器频率变化的现象对位移进行测量,系统的分辨率为5nm.光回馈水平差异测量法巧妙运用透镜实现系统不同水平的光回馈, 实现系统的分辨率为20nm.分区细分法则利用双频激光器中两垂直偏振光光强曲线交叉变化的特点,对条纹交叉结果进行分区,能实现分辨率为八分之一光波长.文中同时对各种测量方法的原理进行了介绍,对各自系统的优缺点也进行了评述.