激光频移反馈成像的数值仿真研究.pdf

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1、第32卷第4期2010年8月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSV01．32。No．4August，2010文章编号：1005—5630(2010)04—0038-05激光频移反馈成像的数值仿真研究*凌进中，马军山，许炯(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：激光频移反馈法利用了激光器的动态特性和外差测量的原理，能极大地提高共聚焦显微系统对光反馈的灵敏度，因此可以广泛地应用于对高吸收，高散射介质中目标的成像。阐述了激光频移反馈成像的基本原理，并对该理论进行了仿真研究，分析了不同的反馈光频移、光反馈系数和不同激光器

2、以及寄生反射对实验结果可能产生的影响。结果证实了在极弱反馈光环境下对目标成像的可行性，极大地提高共聚焦系统对反馈光的灵敏度。关键词：激光测量；激光频移反馈；Lang—Kobayashi方程；寄生反射中图分类号：O43文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2010．04．009Numericalsimulationoflaserfrequency-shiftedfeedbackimagingLINGJinzhong。MAJunshan，XUJiong(SchoolofOptical—ElectricalandCo

3、mputerEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Toimagetheobjectimmergedinhigh-absorption，high-scatteringsolution，opticalheterodyneinterferometryandthedynamicpropertiesoflasershasbeenusedtoimprovethesensitivitytotheopticalfeedbacki

4、nconfocalsystem．Thetheoryoflaserfrequency-shiftedfeedbackimaginghasbeenintroducedanddigitallysimulatedwiththedifferentopticalfrequencyshifts，differentopticalfeedbackcoefficients，differenttypesoflasers，andthedisadvantageofparasiticreflectivityalsobeenconsidered．Theresultconfi

5、rmedthefeasibilityofthisschemetoimagewithextremelyweakopticalfeedback，whichgreatlyimprovedtheopticalsensitivityofconfocalimagingsystem．Keywords：lasermeasurement；laserfrequency-shiftedfeedback；Lang-Kobayashiequation；parasiticreflection引言激光反馈能够显著影响和改变激光器的动态属性‘1】。对激光反馈的研究可追溯至19

6、63年，King等人发现一个可移动的外部反射镜能引起激光强度周期波动，类似于传统的双光束干涉现象。1967年，Peek等对He-Ne激光器的反馈进行了较为系统的研究，观察到外部反馈镜的移动对激光输出强度的调制。1968年，Rudd使He-Ne激光器测试散射微粒的多普勒(Doppler)速度时，观察到激光强度波动与Doppler频移有关。1984年，Churnside等人研究了以反向散射光引起COz激光器波动为基础的激光。收稿日期：2009—124)3基金项目：j二海市教委科研创新基金资助项目(09YZ223)；上海市研究生创新基金资助项目(JW

7、CXSL0802)作者简介：凌进中(1983一)，男，安徽庐江人，硕士研究生，主要从事激光测量方面的研究。第4期凌进中，等：激光频移反馈成像的数值仿真研究·39·Doppler测速仪[2]。之后，人们不断研究，将激光反馈用于精密测量，如速度测量，振动测量，位移测量[3]以及三维形貌测量[4]。然而在高散射高吸收介质中，例如牛物组织，或者测量散射表面时，由于反馈极其微弱，激光器输出光强变化也很微弱。为克服这种极弱的反馈环境，采用激光器动态测量法，即调制反馈光的频率和位相。当反馈光的频率改变量达到激光器自身弛豫振荡频率(微片激光器约为lMHz，半导

8、体激光器lGHz)时，输出光强调制幅度也达到最大。与普通的外差测量相比，频移光反馈的方法可将激光器对反馈光的灵敏度提高几个数量级。通常微片激光器可提高