自二十一世紀以來,納米技術成為了繼生物技術、光電子技術外的最重要的技術之一,發(fā)達國家都將其列為戰(zhàn)略性的基礎研究項目。納米測量技術作為納米技術的重要組成部分,在精密加工、航天國防等領域中具有舉足輕重的地位。近年來,激光自混合干涉因其結構緊湊、成本低、易準直、高精度等顯著優(yōu)點在激光測量領域迅速崛起。激光自混合干涉技術受到國內外研究學者的廣泛研究,目前已發(fā)展成為一種新型的高分辨率高精度的傳感測量手段,并被廣泛應用于位移、振動、速度、生物醫(yī)學等領域。本文圍繞半導體激光器自混合干涉效應,擬通過光學系統(tǒng)的優(yōu)化設計和信號處理分析兩個方面深入開展高分辨率高精度納米量級微振動測量研究。首先概述了激光自混合干涉的發(fā)展歷史與應用研究進展;以三鏡腔模型為基礎,對半導體激光自混合干涉的理論進行詳細的推導并建立了系統(tǒng)的數學模型,利用MATALB數學軟件模擬分析了各參數對自混合信號的影響;從時域和頻域分別對位移重構的相位解包裹法和相位調制法進行理論分析與模擬仿真。在此基礎上,本文提出了一種自混合條紋時域分析的偶次冪快速算法,該方法能極大地提高自混合條紋精度,具有在光路中不增加任何額外光學元件的優(yōu)點,從而極大地拓展了自混合技術在納米測量領域的應用。此外,本文還提出一種基于多次反射技術的自混合信號頻譜分析方法,從頻域上實現了外部物體振幅的快速解調,該方法具有測量范圍寬、獲取振幅快、測量精度高的顯著優(yōu)點。文章還設計了基于LabVIEW的大量程快速實時激光自混合傳感系統(tǒng),該光機電一體化系統(tǒng)具有完成納米分辨率振動對象的實時監(jiān)測能力。本文開展的研究工作與設計的大量程快速實時傳感系統(tǒng)展示了激光自混合測量技術的高分辨率和高精度的優(yōu)勢,深化了對激光自混合干涉測量技術的認識和理解,在一定程度上推動了激光自混合干涉技術在非接觸納米測量領域的應用。
【學位單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN248.4
【部分圖文】：

％；邐Ｌ￣￣％３逡逑圖２－１三鏡腔模型原理圖逡逑自混合干涉三鏡腔模型如圖２－１所示，可以看出，該模型主要分成兩個部分：逡逑一個是激光器內部諧振腔部分ＡＢ，另一個是由激光器與外部目標物構成的外腔逡逑部分ＢＭ。圖中，＆、ｒ２分別為激光器諧振腔兩個腔鏡的振幅反射系數，＆為外部逡逑目標物的振幅反射系數，激光器諧振腔長度為ｄ，激光器與目標物構成的外腔長逡逑度為Ｌ，邋ｎｅ為激光器腔內增益介質的復折射率：ｎｅ＝ｎ邋＋邋ｉ（ｐ－ｙ），其中，實部逡逑ｎ表征光傳播過程中的相位延遲因子，虛部表示腔內損耗（ｙ）和受激輻射增益逡逑（沒）。逡逑首先考慮無光反饋時，激光在內部諧振腔往返一周（如圖中藍色虛線路徑），逡逑１１逡逑

圖２－２不同振幅下的ＳＭＩ信號（ａ）外腔振動（ｂ）振幅為Ａ的ＳＭＩ信號逡逑（ｃ）振幅為２Ａ的ＳＭＩ信號逡逑考慮一般情況，如圖２－２邋（ａ）所示，我們設置外腔振動信號前面部分為ｌＯＯｈｚ逡逑１５逡逑

不同

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本文編號：2820957