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激光自混合光栅干涉位移测量技术的研究

蔡文魁  
【摘要】:激光自混合干涉是指当激光源输出的一部分光被外部物体反射或散射后,反馈回激光器的光与激光腔内的光相混合后,调制激光器的输出功率和输出频率。激光自混合干涉与传统的双光束干涉具有相同的相位灵敏度。和传统双光束干涉类似,激光自混合干涉的测量基准为激光波长,而波长会受到温度、湿度、气压、和气流等环境因素的干扰。本文提出了一种新型的激光自混合光栅干涉技术,将光栅干涉技术和激光自混合干涉技术相结合来测量微位移。所提出的技术采用光栅的栅距作为测量基准,可以更好地抵抗环境干扰。首先,本文提出了一种利用电流调制的激光自混合光栅干涉技术来测量一维微位移。为了提高测量的精度,通过正弦调制半导体激光器的驱动电流,使得输出波长也发生正弦变化从而调制干涉信号的相位,并引入了傅里叶分析的方法解调相位。系统采用利特罗光路结构设计,该设计具有结构简单紧凑、易操作的优点。文中阐述了位移测量原理和正弦电流调制原理,给出了模拟仿真。实验结果表明,测量系统的位移噪声水平在50nm以内。本文提出了一种可以对平面内二维位移进行测量的激光自混合光栅干涉系统。系统依旧采用利特罗结构。通过引入铌酸锂电光晶体调制自混合干涉信号来提高位移测量精度。文中具体阐述了位移测量原理以及铌酸锂电光晶体调制干涉信号的原理,并给出了仿真结果。实验结果表明,测量系统对二维面内位移测量的位移噪声水平优于20nm。


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