基于激光自混合效应的微角度测量实验教学研究

为了丰富大学实验教学内容,本文提出了一种新型微角度测量方法。该方法运用激光自混合干涉技术并结合直角棱镜的光学特性,具有系统结构紧凑、分辨率高等特点。实验中采用氦氖激光器为光源,测量范围可达21.49 mrad。该实验操作性及拓展性较强,可进一步培养学生的实践能力和科研思维。

一种半导体激光自混合效应模型参数的测量方法

从半导体激光自混合干涉系统的一般模型公式出发,建立了一个非线性函数模型,利用非线性最小二乘法的曲线拟合,来估计半导体激光自混合效应的模型参数———线宽展宽因数和光反馈因数。经计算仿真分析表明,该算法有较好的收敛性,迭代次数少且参数估计精度高,是半导体激光自混合效应参数测量的一种有效方法。

基于多纵模自混合效应的激光器腔体温度测量实验教学研究

监测激光器的腔体温度对保证激光器的良好运行至关重要,本文利用激光自混合干涉技术对半导体激光器的腔体温度进行了监测。与传统激光器温度监测方法相比,该方法结构简单、成本较低,在实验教学中可操作性及可拓展性较强,丰富了实验教学内容,可提高学生科研实验能力及增强学生发散性思维。

半导体激光器自混合效应对连续光腔衰荡技术的影响

根据光腔衰荡(CRD)原理开展了高反镜反射率测量技术的研究。采用基于半导体激光器自混合效应的连续光腔衰荡技术(SM-CRD)测量高反射率腔镜,不但简化了CRD技术应用的结构装置,同时也大大提高了入射光与衰荡腔之间的耦合效率。给出了半导体激光器由于自混合效应引起的频谱变化,分析了反馈光强度对半导体激光器输出特性的影响。使用反射率为99.914%的腔镜建立了1064nm高反射率测量装置,测量精度达到10-5量级。实验结果表明,使用该装置测量腔镜的反射率,不但大大降低了系统的成本,而且有利于提高系统的测量精度和稳定性。

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.

利用自混合干涉效应的条纹计数法对扬声器振动特性的实验研究(英文)

基于半导体激光器的自混合干涉效应,通过实验研究了扬声器的振动特性。实验中,用粘在扬声器振膜上的反射镜作为目标物体(该反射镜的反射率为95%,扬声器用50 Hz的正弦波驱动),然后通过条纹计数法获得扬声器的振幅。实验结果表明,在一定范围内,扬声器的振幅与驱动电压呈线性关系。该实验装置极其简单紧凑,自混合干涉信号也十分清晰,实验方法迅速,价格低廉,易实现,而且不需要专用电源,也不需要其他的光学仪器,这一系列优点充分表明自混合干涉技术在振动测量领域具有广阔的发展前景。

基于垂直腔面发射半导体激光器的自混合测速实验

针对激光自混合速度传感应用,采用新型垂直腔面发射激光器作为自混合干涉系统光源,对采用不同散射表面类型和工作电流所获得的自混合测速实验结果进行了研究。研究结果表明,黑色相纸材质的散射表面会对自混合信号产生不利影响;选择激光器的工作电流在阈值电流1~1.4倍时能获得较大且稳定的自混合信号。考虑该测速系统实际应用中存在开机预热时间,讨论了激光自混合系统的开机重复度。结果表明,开机后17 s左右,频率计计量的多普勒频率趋于准确和稳定。此研究结果可为垂直腔面发射半导体激光器自混合测速系统的光源选择和参数优化提供指导。

单模VCSEL激光自混合测距精度的提高

单模VCSEL激光自混合测距具有测距精度高、功耗低和结构简单等优点。对单模VCSEI。进行了大频偏的三角波电流调制，应用差频模拟锁相环处理自混合拍频信号，明显减小了拍频信号在三角波拐点处固相位突变、波形周期不等以及波形的调幅干扰和失真等因素造成的影响。实验结果表明，提高了测距精度和动态范围。室温下，在单模VCSEL输出功率0．7mW，波长850nm，调制三角坡的频率1．3kHz，幅度0．4Vrms，采样时间0．1S，散射面为粗糙金属片的条件下，测距范围达到50～500mm，测距精度达到2mm，分辨率优于2mm。

光纤传输的激光振动自混合信号的分析

基于自混合效应的传感技术由于其装置的简单和紧凑而获得广泛应用。提出了光纤作为传输介质条件下观察自混合信号的方法,并观察了振动物体振幅为0.74μm,频率为998Hz时的自混合信号,与自由空间中自混合信号进行了比较。在此基础上,分别基于不同的反馈参数对两种自混合信号进行了模拟,理论模拟和实验结果相符合。分析了反馈参数C对自混合信号的不对称度和幅度的影响,研究表明,自混合信号的不对称度和幅度随着C的增大而增加。光纤作为传输介质时的自混合测振信号幅度和不对称度劣于自由空间系统中的自混合信号,但光纤自混合系统由于其特有的优点仍将广泛应用于二维速度和振动的测量。

可替换式微角度测量实验教学研究

提高测角系统的测量分辨率以及测量范围对于角度测量技术的发展至关重要。与传统的旋转棱镜的测角方法相比,文中提出的基于激光自混合干涉技术的微角度测量实验装置结构简单,成本较低,并且可以在扩大角度测量范围的同时,提高微角度测量分辨率,有效加深学生对于微角度测量的理解。通过将科研最新进展引入实验教学环节所提出的探究性实验可以丰富大学物理实验的教学内容,对于培养学生的科研素养,以及对于提高学生的主动探究能力都能够起到实质性的作用。

单纵模VCSEL自混合多普勒测速传感系统的设计

基于激光自混合原理研制了多普勒测速传感系统,应用单纵模垂直腔面发射激光器(VCSEL),简化了光路设计;应用差频模拟锁相环技术处理微弱自混合多普勒信号,提高了测速精度和动态范围;应用单片机进行数字采样测量多普勒频移和计算物体的运动速度,实现了传感系统的集成化和小型化。实验结果表明,该传感系统在采样时间为0.1s的条件下,测速精度优于1%,测速范围达到30～500mm/s,具有非接触式测量、测速精度高、动态范围大、结构简单、成本低和易于集成化等优点,在生物工程测量等领域有着广泛的应用前景。

正弦调制自混合型半导体激光器光学传感的研究

研究正弦电流直接调制下 ,单纵模半导体激光器在外部物体的反馈作用时产生的自混合效应 ,利用这种自混合效应 ,对静止物体的距离进行非接触性的测量 .通过设定一参考距离 ,比较靶体与基准点处的拍频信号的最大频率值 ,简化了测量步骤 .分析测量误差与调制电流大小的关系 ,进而确定短距离测距的最佳实验条件 .

单模VCSEL的自混合传感测振系统

提出了一种基于单模VCSEL的自混合效应的激光测振方法。采用短时傅立叶变换对自混合干涉信号进行频谱分析,同时利用小波变换去奇异点来获取更准确的多普勒频率信息,从而较为准确获得运动物体的速率;并用三角波电流调制技术判别运动方向。经试验证明:位移的误差控制在1%的范围内,实现了振动物体位移的精确测量。

含参考臂的半导体激光自混合干涉测距系统研究

基于半导体激光自混合干涉效应,提出了一种新的含参考臂的测距系统,并建立了系统的理论模型,经理论分析表明, 这种含参考臂的测距系统可以有效地消除频率波动带来的测量误差,从而提高系统测量精度.

基于激光自混合干涉效应的悬臂梁振动特性

针对悬臂梁振动系统特性研究要求,提出了一种基于激光自混合干涉效应的极值点模型测量方法。该测量方法相对传统测量方法具有简单、实效、成本低廉等优点。从Lang和Kobayashi建立的速率方程出发推导了极值点研究模型并利用蒙特-卡罗随机模拟方法对半周期极值点公式进行简化修正,获得了自由振动情况下悬臂梁振动固有频率阶数为第10阶,振幅特征参量为A10=B10=5.4601×10-13。

双激光二极管速度传感器设计

本文验证了基于自混合效应的速度传感器的可行性,并设计了单激光二极管速度传感器,其标准偏差为0.22%。为了提高其精度,消除入射角的非控制变化和速度垂直分量的影响,我们设计了双激光二极管速度传感器,其标准偏差为0.03%。

基于激光二极管的速度传感器设计

设计了基于激光二极管自混合效应的速度传感器,提出了基于线性预测二阶自回归光谱计算的信号处理方法,并对该速度传感器在干燥、洁净的路面进行了测试,其标准偏差为σ≈0.22%.实验结果表明,该传感器是有效的.

自混合干涉效应的一般模型及其仿真

从自混合干涉效应的等效结构出发,建立了该效应的一般模型。该模型包含了多重光反馈和多模激光的自混合干涉效应等情况,并且可以转化为以往所报道的弱光反馈水平的弱光模型和单模条件下的一般激光自混合干涉模型,明确了模型中各个参数的物理意义,对自混合干涉理论的研究提供了很好的理论指导。对单模的几种情况分别进行了数值仿真,仿真结果很好地验证了模型的正确性。

LD泵浦单模绿光激光器自混合干涉效应的研究

从自混合干涉效应的等效F P腔模型出发,研究了LD泵浦的单模绿光激光器的自混合干涉效应,建立了一般模型。该模型适用于强反馈以及多重光反馈下的自混合干涉效应和弱光反馈水平的情况,也可以转化到其它文献所报道的模型。实验结果表明,该绿光激光器的位移测量精度比半导体激光器的测量精度提高了100nm以上。