基于优化爬山搜索算法的弹光调制器稳定性研究

发布时间：2020-07-18 13:11

【摘要】：弹光调制技术是基于双折射的光学偏振调制技术。弹光调制器(Photo-elastic Modulator,PEM)谐振工作时,交流高电压驱动压电石英晶体谐振对弹光晶体加以周期性变化的机械应力,使得弹光晶体发生形变从而开始振动,并产生周期性变化的双折射,进而可以实现对入射光的相位调制。现阶段常用的PEM具有较宽的光谱窗口(从深紫外到太赫兹波段)、较高的工作频率(一般为40至80kHz)、较大的通光面积和孔径、较高的调制纯度和调制效率等,PEM已被广泛应用于偏振相关领域,例如在光谱偏振成像、瞬态光谱测量、生化传感等方面。但是弹光调制器在工作过程中会受到自身热耗散影响,致使弹光晶体内部温度升高,固有频率随温度漂移引起弹光调制器的不稳定,存在相位延迟量波动等问题。首先,本文研究了弹光调制器的工作原理、弹光调制器的动态模型以及温度引起弹光调制器谐振频率漂移的原理,然后分析了影响弹光调制器稳定性的因素。其次,设计了弹光调制器的高压驱动电路、基于FPGA的DDS方波时钟信号发生器以及FPGA外围电路,使用数字锁相技术采集探测器输出信号的倍频数据,在数据分析处理方面,通过VC++程序分析计算经FPGA串口传输到上位机的数据。在数据处理过程中采用了优化的爬山搜索算法,计算二倍频与四倍频的比值,通过与相位延迟量?_0线性拟合得到倍频比值与?_0的函数关系,实时调整整个弹光调制系统的谐振频率,让弹光调制器的相位延迟量保持在允许的误差内,使弹光调制器处于稳定工作状态。最后,对弹光调制器稳定性控制系统各个模块进行功能测试,搭建实验平台测试弹光调制器的稳定性,经测试控制系统可使相位延迟量误差降到0.01%,该误差可使弹光调制器保持稳定工作,由此可证明本系统可以稳定弹光调制器,满足实际实验要求。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN761;TP301.6
【图文】：

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本文编号：2760931