单模VCSEL自混合激光多普勒测速研究

【摘要】： 本学位论文工作以国际合作为背景,研究单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)自混合测速重点研究多普勒测速系统的精度、动态范围和方向判别等重要参数。本论文的研究工作和研究成果主要有: (1)与项目组成员共同完成单模VCSEL自混合多普勒测速的原理与系统研究;建立单模VCSEL自混合多普勒测速实验装置,设计系统的光电信号处理电路;制作了高精度宽动态范围准确方向判别LDV样机:研究结果获得了美国专利。 (2)采用单模VCSEL代替普通半导体激光器,明显改善了多普勒测速系统外腔长变化的动态范围,提高了测速精度;采用差频模拟锁相技术处理多普勒信号,减小了多普勒频率展宽及调幅包络对测速精度的影响,使测速精度达到1%,同时扩大了频率跟踪范围,使测速动态范围达到5～500mm/s。 (3)采用三角波电流调制单模VCSEL进行方向判别,使用微小电流调制与中和技术克服了调制三角波对测速精度的影响;采用分频跟踪调制技术提高了方向判别的动态范围,使方向判别的动态范围达到5～500mm/s,方向判别准确可靠。 (4)在外腔长度为30±1mm,速度范围为30～480mm/s,采样时间为0.1s的条件下,单模VCSEL自混合多普勒测速系统测速精度优于1%,重复精度优于0.2%,方向判别准确。 创新点:提出了模拟差频锁相方法处理多普勒信号,提高了测速精度和测速的动态范围。提出分频跟踪三角波调制运动速度判别方法,提高了速度方向判别的可靠性和动态范围。