相位调制型激光自混合干涉测量微纳米技术的研究

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1、摘要激光自混合干涉是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反馈回激光器的谐振腔。反馈光携带了外部物体的信息，与腔内光相混合后，调制激光器的输出，形成自混合干涉。激光的自混合干涉来源于激光器的外部光反馈效应，以前人们总是设法消除光反馈的影响，后来逐渐的由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈效应检测物理量，从而形成了一门新的技术。为了提高自混合干涉的微位移测量精度，高精度的相位测量法被引入自混合干涉技术中，已见报道主要有两种方法：注入电流调制和外腔长度调制方法。基于现有的两种调制方法

2、固有的缺点及其带来的不可避免的测量误差，本文提出了一种新的外腔调制方法：外腔相位调制法，提高自混合干涉测量精度。由置于自混合干涉仪外腔中的电光晶体对激光束相位进行高频调制。利用电光晶体直接调制相位，调制精度高，调制带宽宽。基于高精度的相位调制，提出了几种新的自混合干涉信号的解调方法：线性相位调制及时域载波相移技术、正弦相位调制及四象限积分技术、正弦相位调制及FFT分析技术。文中分别给出了理论分析的结果，对测量过程中各种可能的误差来源及其对测量精度的影响进行了模拟。分别搭建了相位调制型He-Ne激

3、光和半导体激光自混合干涉实验系统，对外反射靶面的微纳米级动态位移进行了重构，获得了纳米量级的微位移重构精度。实验发现正弦相位调制及FFT分析技术对实验系统中各种误差源的抑制能力最好，微位移重构的范围也最大。另外，文中还提出了一种基于双正弦调制技术的激光自混合干涉测距系统。通过调制LD的注入电流实现激光束波长的正弦调制，在自混合干涉仪外腔中放置电光晶体实现激光束的相位正弦调制，利用傅立叶分析的方法确定外部反射靶面的距离。实验中对靶面距离从277mm--477mm范围内进行了测量，获得了士O．3mm

4、的测量分辨率，在相同的测量范围内，测量分辨率高于已见报道的自混合干涉测距系统。关键词：自混合干涉；相位调制；电光晶体；微位移测量：绝对距离测量；AbstractWhenaportionoflightemittedfromalasersourceisreflectedorscatteredbackintothelasercavitybyanexternaltarget，thereflectedlightwillmixwiththelightinsidethecavity,causingamodul

5、ationofthelaseroutputpower．111isphenomenonis‘calledasself-mixinginterference(SMI)，inwhichthereflectedlightcarriessomeinformationoftheexternaltarget．Theself-mixinginterferencecomesfromtheopticalfeedbackeffect，Peoplealwaystriedtoeliminatetheopticatfeed

6、backeffectpreviously．Graduallypeoplebegantomakeuseofitactively10measuresomephysicalquantifies，thusself-mixinginterferencetechnologywasbroughtforth．InordertOimprovethedisplacementmeasurementaccuracyoftheself-mixinginterference，highaccuracyphasemeasure

7、mentmethodisintroducedintotheSMIsystem．Twomethodshavebeenreported：injectioncurrentmodulationandexternalcavitylengthmodulation．Consideringtheunavoidablemeasurementerrorcausedbythedisadvantagesofthetwomethods，anewexternalcavitymodulationmethod：phasemod

8、ulationtechniqueisproposedinOurpapertoimprovethemeasurementaccuracyoftheSMIsystem．Anelectro—opticmodulatorintheexternalcavityisusedtomodulatethephaseofthelaserbeamwimhi曲modulmionaccuracyandfrequency．Basedonthephasemodulation，someanalysismethodoftheSM