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半导体激光器的自混合散斑干涉测量流体速度

陆敏  
【摘要】:适度相干光从粗糙表面反射或通过折射率无规则涨落的媒质传播时,形成无规则的颗粒状的强度分布,这就是散斑图。由于散斑是由被随机表面各个散射元散射回的光波之间的干涉形成的,因而它是随机表面某些信息的携带者,这样,借助于散斑不仅可以研究粗糙表面本身,而且还可以研究它的形状和位置的变化。当随机散射平面移动时,散斑场的空间分布也将随之迅速变化,我们称之为动态散斑。如果散射面与其平面法线横向运动,探测面上的散斑会跟随散射表面的运动。动态散斑统计性质已被用于测量运动物体的速度。 “激光反馈效应”即“激光自混合”是指激光器的出射光被外部反射物反射或散射后,其中一部分光又被反馈回激光器的谐振腔。重新注入的激光与激光腔内的光混合,引起输出功率变化和频率变化,形成外光学反馈效应。半导体激光器的光学反馈效应会产生跳模,频率不稳定或者混沌,增加噪声,加宽谱线,一直被认为是严重影响激光光谱性质的干扰源。随着研究的深入,人们逐渐由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈现象进行物理量的测量,从而形成半导体激光自混合干涉技术。 结合自混合干涉和散斑的原理,将自混合散斑现象引入激光二极管。让半导体激光器的光学反馈来自垂直地照射的粗糙表面,把光强调制成为随机的散斑信号。封装在激光二极管管壳内另一侧的光电二极管,检测光学反馈生成的散斑信号,确定物体的状态。 本文采用Fabry-Perot(F-P)腔模型来研究半导体激光器内产生的自混合散斑干涉。分析了外强长度和照明宽度的变化对激光器输出特性的影响。模拟并通过实验验证了自混合散斑干涉信号的波动与溶液横向移动速度的关系。研究了背景光和溶液浓度变化对自混合散斑干涉信号的波动与溶液横向移动速度之间关系的影响。从而预示了半导体激光器有着既作为光源又用作速度测量的传感器的应用前景。


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