发光激光器1.docVIP

一、课题的来源及意义： 课题来源： 光学非接触测量是本世纪以来光学领域的前沿课题，而物体形貌测量是下一步研究的目标，本课题希望能够通过相关研究提出一个实现非接触平面轮廓测量可能的新方法。 课题意义： 激光反馈效应是指在激光应用系统中激光器输出光被外部物体反射或散射后，其中一部分光反馈回激光器谐振腔，反馈光场与腔内光场相互作用后，引起激光器的输出功率变化的现象。基于激光反馈的自混合干涉仪与传统的干涉仪相比具有相同的相位灵敏度，但因结构简单、紧凑、易准直，同时自混合干涉仪不以来于激光器类型，能工作在粗糙的表面，能够对目标靶的运动方向进行识别，所以在很多场合可以代替传统干涉仪。国内外研究人员围绕激光反馈展开了大量的研究，为深入了解自混合干涉现象的原理，人们在丰富的实验现象研究的基础上提出了相应的理论模型，对各类现象进行了分析和解释。目前激光自混合干涉已经广泛应用于位移测量、速度测量、振动测量、距离测量、角度测量、形貌测量及其它方面的一些应用。自微电子技术问世以来，人们不断追求越来越小的微型结构，对生物、环境控制、医学、航天、灵巧武器、先进信息传感器以及数字通信等领域也提出微型方面的更高更新的要求。当前，微米/纳米测量技术在国际上已崭露头角，它使人类在改造自然方面进入了一个心的层次。正像产业革命、抗菌素、核能以及微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，微米/纳米技术将开发物质潜在的信息和结构潜力，使单位体积物质储存的处理信息的能力实现又一次飞跃。在信息、材料、生物、医疗等方面导致人类认识和改造世界能力的重大突破，从而给国民经济和军事能力带来深远的影响。二维物体表面轮廓测量是获取物体形态特征的一种重要手段,在机器视觉、自动加工、工业检测、产品质量控制领域具有重要意义和广阔的应用前景.光学非接触测量由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法。二维物体表面形貌的测量，在机械制造领域又称作为逆工程，在现代工业及实际生产中起着越来越重要的作用。随着三维物体表面形状的非接触检测技术在科研、医学诊断、工程设计、刑事侦查现场痕迹分析、自动在线检测、质量控制、机器人及许多生产过程中越来越广泛的应用，人们对三维形貌测量的要求也越来越高。其应用领域也在不断扩大。 二、简述改领域目前的国内外先进水平： 由于激光的反馈严重影响激光器输出特性，对于以激光器作为光源的应用系统而言，起初研究人员关注的是如何消除光反馈对激光器造成的不利影响，如光噪声、相干猝灭等等。但是随着研究的深入，1963年King首次报道了由于光反馈效应导致的激光器功率的变化类似于传统的双光束干涉现象。实验发现外部反射镜每移动半个光波波长的位移，激光功率变化一个条纹，功率波动深度与传统双光束干涉系统相当。因此激光反馈也被称为自混合干涉。1968年Rudd采用HE-Ne激光器测试散射微粒的多普勒速度，得到激光器输出功率与多普勒频移之间的关系，首次基于激光反馈效应进行了散射微粒速度的测量。激光反馈现象及基于该现象的应用研究引起了国内外学者的浓厚兴趣，从此研究人员从研究消除激光反馈转变到主动研究如何利用激光反馈效应。自Bearden提出恒定功率法建立了基于He-Ne激光器的激光反馈扫描共焦显微镜以来，许多研究人员开展了基于激光反馈效应的显微镜成像研究。Lu等人采用共焦激光反馈技术的灵敏性和自对准特性，用超辐射发光二极管，开发了用于测量三维成像和微观结构表面轮廓的装置，可以达到20nm的纵向分辨率。同时该技术的非相干性和非干涉特性可以能够进行快速的开环工作，并且具有大的动力测量范围。激光器的出射光先由物镜进行聚焦，样品放置于共焦点附近。当样品表面正好处于共焦点时会出现最大量的光反馈，因为在该点光能够被反射并聚焦反馈回激光器。回馈量对样品的位置非常敏感，因为当样品离开共焦点时，反射的光点的像将离焦，反馈量将会迅速下降。因此，通过探测由于反馈引起的偏置电流的改变或波长的改变就可以很灵敏的得到样品位置。在共焦点附近，反馈量对样品表面微小的倾斜不敏感，因为在物镜的数值孔径内，即使并不沿着入射光的路径，反射光或散射光也将被聚焦然后反馈回激光器。因此，该仪器不需要精密的校准，具有自校准功能。该形貌测量系统采用的激光器相干长度小于1mm，反馈光和腔内光不相干，测量范围不受波长分之一的限制，可达12 。该系统的轴向非变绿定义为非线性误差，可以达到22mm。在适度光反馈下进行位移的精密测量,提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量方法。采用条纹记数法实现大范围位移粗测,具有半波长位移分辨力;然后基于适度光反馈下小数条纹的特点,给出了小于半波长位移测量的方法,从而提高位移测量的分辨力。用绝对精度达3nm的商用压电陶瓷驱动器比对实验,结果验证了这种三角波调制外反射