飞秒激光流速测量方法研究

《飞秒激光流速测量方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、飞秒激光流速测量方法研究Flowvelocitymeasurementmethodbasedonfemtosecondlaser学科专业：海洋环境科学与技术作者姓名：赵拓指导教师：薛彬讲师天津大学海洋科学与技术学院二零一七年十二月摘要随着海洋时代的到来，世界各国大力发展海洋，正在不断加强对海洋的研究、开发和利用，取得丰硕成果的同时，也对海洋环境造成了极大的影响。合理开发利用海洋资源，保护海洋环境，是我们必须要解决好的重大问题。因此海洋环境科学的研究将涉及到人类可持续发展，具有十分重要的意义。在海洋环境科学的研究中，海水流速是其中一个十分关键的要素，其对海洋环境

2、的影响是至关重要的。本课题以服务海洋环境科学研究为目标，将目前计量领域的研究热点“飞秒激光技术”引入到海洋领域，利用其重复频率能够溯源至微波频率基准的优势，旨在研究一种高精度的流速测量方法，为海洋环境科学的研究提供技术储备。首先，结合现有的较为成熟的光频梳相位检测绝对距离测量技术，实验验证了将飞秒激光应用于速度测量领域的可行性及其精度。然后通过理论分析和MATLAB仿真推导了飞秒激光多普勒效应，验证了各飞秒激光频率成分均发生多普勒频移时，其重复频率也发生频移，即重复频率也存在多普勒效应。以反射镜为运动目标搭建一套实验装置，验证了该方法应用于速度测量时的测量精度

3、能达到亚毫米每秒的量级。最后，设计了流速测量实验，验证了本方法应用于流速测量的可行性及精度。本文的研究内容可以为精确海流数据获取提供理论依据和技术支持，为海洋环境科学的研究提供技术储备。关键字：飞秒激光，光频梳，重复频率，流速，相位，高精度，多普勒效应，量值溯源ⅠABSTRACTWiththecomingofthemaritimeera,manycountriesintheworldhaveattachedmoreandmoreimportancetotheoceans,andalsohavealreadybeguntoexploitandutilizethe

4、marineresources.Theyhaveaddedmoreandmoreocean-relatedresearchesandachievedfruitfulresults.However,thosehavemadeatremendousimpactonthemarineenvironment.Itisimportanttoutilizetheoceanreasonably,whichisrelatedtoourhumanbeings’sustainabledevelopment.Inthestudyofmarineenvironmentalscienc

5、e,thevelocityofthecurrentisoneofthemostcrucialelements.Inordertorealizethepurposeofcontributingtothemarineenvironmentalscience,weappliedthefemtosecondlasertechnology,whichisasuperstarinthefieldofmetrologyforitsoutstandingperformance,inthemeasurementofthespeedofthecurrent.Weusedthead

6、vantageofitsrepetitionfrequencycanbetracedtothemicrowavefrequencyreferencetostudyahigh-accuracymethodofcurrentmeasurement.Thismethodcanprovideatechnicalreservefortheresearchofmarineenvironmentalscience.Firstofall,combinedwiththematureopticalfrequencycombphasedetectionabsolutedistanc

7、emeasurementtechnology,wedidsomeexperimentstoverifythefeasibilityandhighaccuracyofusingthefemtosecondlaserinthefieldofvelocitymeasurement.ThenDopplershiftofeveryfrequencycomponentleadingtotheDopplershiftofrepetitionfrequencyisdeducedbytheoreticalanalysisandMATLABsimulation.Throughme

8、asuringthevelocityo