关于相位凝固技术的激光反馈干涉术.pdfVIP

第40卷第8期 光子学 报 V01．40No．8 2011 2011年8月 ACTAPHOToNICASINICA August 文章编号：1004—4213(2011)08—1172—5 基于相位凝固技术的激光反馈干涉术 刘惠兰1’2，张晓青1’3，曹文娟3，王俊杰1 (1北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院．北京100191) (2微纳测控与低维物理教育部重点实验室，北京100191) (3北京信息科技大学光电信息与通信工程学院，北京100192) 摘要：针对激光反馈干涉术，提出基于相位凝固技术的调制解调方法，用以提高位移测量的分辨 率，并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统．利用调制器进行外腔相位调制，采集调制 相位相对固定的干涉光信号，通过解调重构得到被测的位移信息．进行了信号调制、采样、重构技术 的研究以及误差分析，并通过仿真验证了方法的可行性．结果表明，采用5点相位凝固采样技术，测 量准确度可以达到．=I／20．此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率，实现信号实时采集处理，可 用于位移的实时测量． 关键词：相位凝固技术；激光反馈干涉；位移测量；电光调制器 中图分类号：TN247 文献标识码：A 探测器或外部的光电探测器监测输出功率的变化． U 引吾 系统基本结构如图1．激光二极管(Laser 由于激光反馈干涉系统具有结构简单、紧凑、易 Diode，LD)的输出光经准直透镜准直后照射到被 准直和造价低等优点，近年来得到了国内外研究人 测物体上，被测物表面又将一部分光反馈回激光腔， 员的广泛关注，针对激光反馈干涉技术的理论与应 携带外部物体信息反馈回激光内腔的光与腔内光相 用开展了深入的研究D-a]．激光反馈干涉技术在测量混合，发生自混合干涉，从而改变激光器的输出频率 和传感领域具有广泛的应用前景，包括光学器件或 和功率．通过改变激光器的输出光功率，利用LD后 光学系统的特性测试…、距离及位移的测量[5]，振动 测量‘6。、速度测量‘川、形貌测量‘8J等． 探测．检测信号通过放大及信号处理得到测量结果． 通常采用条纹计数法的激光反馈干涉技术只能 Collimator Targa 达到二分之一光波长的测量分辨率，本文主要针对 激光反馈干涉技术中位移的测量，提出一种基于相 位凝固技术的信号调制解调方案，进行了调制解调 算法仿真，讨论了影响测量准确度的主要因素和解 决方法． 1激光反馈的基本理论 激光反馈干涉技术，又称自混合干涉技术，是指 圈l 传统激光反馈干涉系统基本结构 Schematicoftraditionallaserteedback Fig．1 diagram 在激光应用系统中，激光器输出光被外部物体反射 interferometer system 或散射后，其中一部分光又被反馈回激光器的谐振 工作在光反馈状态下的激光器可用三镜腔模型 腔，与腔内光混合，反馈光携带了外部物体的信息， 描述．激光器输出光功率被反馈光调制，因此光反馈 当外部反射物的相对距离发生变化时，输出光功率