基于二次反馈的激光自混合测距技术研究

发布时间：2020-06-12 16:22

【摘要】：激光自混合干涉测量技术,是利用外界反馈光与激光器发射光耦合而形成的一种新型光学测量技术。激光自混合干涉测量技术由于其结构简单、易准直、成本低等优点,在位移、距离、振动等不同测量领域得到广泛的应用。随着航空航天和高新产业的发展,绝对距离的测量一直受到广泛关注,对高精度绝对距离的测量提出了实际需求。在非准直的激光腔系统中,光束在激光外腔经过多次反馈后再进入激光腔内,这种现象称为多次反馈的自混合干涉效应。与传统的自混合干涉相比,在不增加仪器设备复杂性的情况下,能够提高测量系统的分辨率。本课题利用多次反馈自混合干涉的高分辨率,光路简单、自准直、成本低等优点,对多次反馈下的激光自混合测距技术进行了研究,旨在提高传统自混合干涉测距的精度。本论文主要研究内容包括:首先,本文分析了自混合干涉基本理论,从三镜腔模型和Lang-Kobayashi速率方程理论两个方面对SMI理论进行推导,得到共同的功率方程和频率方程,为研究自混合干涉技术提供了理论基础。分析不同光反馈水平下的自混合干涉模型,为不同光反馈水平下,仿真自混合干涉信号奠定基础。在不同光反馈水平下,使用MATLAB对自混合干涉波形进行仿真。其次,从激光自混合测距基本原理出发,分析了不同的半导体激光调频原理和不同类型的连续波调制半导体激光器,为研究不同波形对激光二极管进行电流调制奠定了理论基础。然后,针对传统的自混合干涉距离测量精度不高的问题,本文研究了多次反馈的自混合干涉理论,在多次自混合干涉理论基础上,使用三角波信号对激光管进行电流调制,建立了基于二次反馈的三角波电流调制激光自混合干涉的距离测量模型,通过理论分析,进行距离测量公式的推导。在理论基础之上,对基于一次反馈和二次反馈的三角波电流调制激光自混合干涉距离测量进行了仿真实验,验证理论的正确性。搭建实验平台,通过实验验证基于二次反馈的三角波电流调制激光自混合干涉距离测量模型的正确性。该方法相比于一次反馈的电流调制激光自混合干涉距离测量精度提高了一倍。最后,为了提高基于二次反馈的电流调制激光自混合干涉距离测距的精度,本文研究了相位调制的方法,并使用正弦波信号对激光二极管进行电流调制,分析了基于二次反馈的双正弦调制激光自混合干涉的测距理论。使用FFT方法对自混合信号处理分析,获取距离信息。该方法相比于二次反馈的电流调制激光自混合干涉测距方法,增加了实验装置的复杂性,但是能够实现更高的测量精度。
【图文】：

模型图,三镜腔,模型,目标物体

能得到相同的自混合干涉的物理表达式。本章分。基于推导的理论公式，进行数值模拟，分析不同光反频率解的影响。本章为研究多次激光自混合干涉奠定干涉模型涉理论分析现在主要有两种分析方法。一种是法布里Kobayashi 提出的速率方程理论。下面将从这两个方面分的光遇到目标物体反射后进入激光腔内，会发生自混合示。这个图是经典的三镜复合腔模型。在这种情况下，组成的谐振腔来模拟，两个反射镜的反射系数为层材料，长度为 L。目标物体可以用与的距离为反射系数为。当激光从镜面返回时，这种现象返回到腔体内时，这种现象称为自耦合。 L目标物体

公式,干涉相位,求导,等式

图 2.2 C 为 0.8 时自混合相位解度反馈水平下的激光自混合干涉相位的分析与仿真馈系数 C 大于 1 时，由公式（2-35）可知该方程有多个解。不同的 C 值，用 MATLAB 做的仿真图如下图 2.3 所示，公式（2-35）展现出右边的解，如下图所示。其中对（2-35）式做求导处理，我们可以获得后边值的变化情况， = ( ) ( ) ě ( ( ) ) =C ě( ě ) （ Ё等式（2-39）求两次微分，可以根据正负性来判断图形的凹凸性和最大最小 = ( ) （ = ( ) （，取整数，如图中所示，，和对应公式（2-39）右端的波谷和波
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN241

【参考文献】