隨著科學的不斷進步與發(fā)展,人們對測量精度的要求也日益提高。因此,激光器作為高精度測量的基本實驗工具,其輸出頻率的穩(wěn)定程度也備受人們的關注。外腔半導體激光器（ECDL）的外腔結構設計為優(yōu)化激光器性能多提供了一種可控的途徑。它具有線寬窄、單模輸出、連續(xù)調諧等優(yōu)點。但是,由于外腔的存在,ECDL對惡劣的環(huán)境非常敏感。也就是說,它可以為測量和分析材料的聲音響應和隔聲特性提供非常方便的工具。以ECDL為核心,改善激光聲響應特性,抑制環(huán)境振動和噪聲干擾引起的激光系統(tǒng)漂移,是物理精密測量領域結構設計的關鍵。一般情況下,聲致振動與室溫變化、機械振動、電噪聲等干擾相互耦合,導致了激光器輸出頻率上下起伏,因此激光輸出頻率對聲信號的動態(tài)響應特性很難單獨研究。實現(xiàn)聲響應與環(huán)境噪聲的解耦,減小系統(tǒng)漂移,并以系統(tǒng)動態(tài)響應參數為依據,獲得寬帶寬、高穩(wěn)定性與響應快的實驗系統(tǒng)為實驗的基本工作,為聲音響應的測量做準備。本文在閉環(huán)系統(tǒng)中利用電流反饋與電壓反饋同時糾正誤差信號,通過優(yōu)化系統(tǒng)參數將低頻區(qū)增益壓制開環(huán)的萬分之一,同時將帶寬擴展到百KHz量級,有效地抑制了環(huán)境噪聲對激光頻率的影響。在測量系統(tǒng)的動態(tài)響應時,選擇包含多... 

【文章來源】：山西大學山西省

【文章頁數】：45 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

1基于偏振光譜的穩(wěn)頻裝置圖

基于激光系統(tǒng)的動態(tài)特性分析與測量8圖2.1.2飽和吸收譜與由偏振光譜獲得的鑒頻曲線2.2系統(tǒng)的動態(tài)特性測量測量系統(tǒng)動態(tài)特性曲線是判斷實驗系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的的重要依據，通常，描述任何系統(tǒng)的動態(tài)響應的方法可以分為三種，第一種是傳輸函數法，傳輸函數為線性化定常系統(tǒng)在零初始條件下，系統(tǒng)輸出的信號的拉式變換Y(s)與輸入信號拉氏變換X(s)之間的比值，可以表示為=()=+11+…+1+0+11+…+1+0，（2.1）由傳輸公式（2.1）可以看出傳輸函數與外界作用以及初始條件無關，只取決于系統(tǒng)以及具體器件的結構參數，不會隨著輸入變化而變化。第二種是微分方程法，一般的線性測試系統(tǒng)可以用微分方程來描述系統(tǒng)輸入x(t)與輸出y(t)之間的關系，可表示為：+111+…+1+0=+111+…+1+0（2.2）微分方程常用于對系統(tǒng)的時域狀態(tài)分析。第三種方法為頻率響應法，頻率響應是在頻域范圍內對所測量的系統(tǒng)的動態(tài)分析。本文中主要采取頻率響應法描述實驗環(huán)路的動態(tài)特性，通常，人們易于想到的測量系統(tǒng)動態(tài)特性的常規(guī)方法是正弦波調制法，即將一系列幅度相同的正弦調制信號輸入到激光器的電流調制端口，采集調制信號與激光器的輸出頻率，經過快速傅里葉變換后得到該頻率點處的幅度信息，通過輸出信號與輸入信號的幅值比來描述系統(tǒng)特性，此時幅度隨頻率的變

第二章激光系統(tǒng)的動態(tài)特性分析9化情況直接反映了激光頻率變化與調制信號之間的關系，即為系統(tǒng)的動態(tài)響應特性。這種方法的理論很簡單，便于理解，但是如果系統(tǒng)的帶寬在百kHz量級時，實驗過程中需要多次操作、工作繁復、數據分析處理時間過長。為進一步簡化測量系統(tǒng)動態(tài)響應的步驟，提高工作效率與工作準確度，實驗中采用方波信號調制激光器，從理論角度分析，方波的傅里葉變換公式為：ft=2sin+133+155+…]（2.3）由公式（2.3）可以分析得到，頻率為的方波是由頻率為（2n-1）的正弦波疊加而成的，其對應的振幅為1/（2n-1）,（n=1、2、3……），因此，一個方波信號可認為是由一系列的正弦波疊加得到的，并且每個正弦波所對應的振幅之間遵循某種規(guī)律。從實驗角度分析，選取任意的正弦波信號，對該信號進行快速傅里葉分析，如圖2.2.1所示，（a）為幅度為40mV、頻率為40Hz的方波信號，（b）為對圖（a）FFT分析的結果。圖2.2.1（a）：40Hz的方波信號示意圖（b）：對（a）進行快速傅里葉變換的結果由圖2.2.1（b）分析可以發(fā)現(xiàn)40Hz方波信號中包括40Hz、120Hz、200Hz、、2140Hz等頻率成分，各階諧波的幅度隨著諧波階數增加而逐漸減小，而且幅度的衰減遵從的規(guī)律為1/（2n-1）,n=1、2、3…….雖然采用方波測量的方法提高了實驗的效率，但是在origin數據處理時，首先需要將存儲的信號做FFT處理，接著借助excel表格編輯公式篩選頻率間隔為2ω的一系列

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于激光雷達測繪技術在礦山地形測量中的精度分析[J]. 曾祥凱.  世界有色金屬. 2020(01)
[2]主動降噪耳機的技術分析[J]. 師瑞文.  電子世界. 2019(11)
[3]速率偏頻激光陀螺慣導系統(tǒng)航向敏感誤差分析與補償[J]. 江一夫,李四海,徐兵華,嚴恭敏.  中國慣性技術學報. 2018(05)
[4]空間窄線寬激光器腔前耦合光學系統(tǒng)研制[J]. 劉軍,許冠軍,張林波,陳龍,張秀萍,江晨暉,劉濤.  時間頻率學報. 2018(04)
[5]船舶加筋艙壁的隔音性能數值分析模型研究[J]. 張惠芳,任軍.  艦船科學技術. 2018(18)
[6]柔性吸聲隔音降噪紡織復合材料[J]. 張春春,鞏繼賢,范曉丹,李輝芹,李政,張健飛.  復合材料學報. 2018(08)
[7]激光器系統(tǒng)聲音響應和隔音特性研究[J]. 王彥華,秦林,任歡,王軍民.  中國激光. 2018(07)
[8]空間窄線寬激光器光學系統(tǒng)研究[J]. 張秀萍,張林波,劉軍,江晨暉,許冠軍,陳龍,劉濤,張首剛.  光學學報. 2018(04)
[9]光柵外腔反饋半導體激光器及穩(wěn)頻系統(tǒng)的動態(tài)特性測試[J]. 秦利娟,秦林,王彥華,王軍民.  山西大學學報(自然科學版). 2017(04)
[10]泡沫鋁材料對發(fā)電機噪聲的隔音性能研究[J]. 魏莉,劉賀,田宇楠,李玉海.  功能材料. 2015(14)

碩士論文
[1]高穩(wěn)定的ECDL系統(tǒng)及其動態(tài)特性研究[D]. 黃丹.山西大學 2016
[2]窄線寬單縱模光纖激光器穩(wěn)頻技術的研究[D]. 湛彪.華南理工大學 2013



本文編號：3249548