基于相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制方法研究.pdf

1、隨著精密加工制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)精密測(cè)量的需求也越來(lái)越高。干涉測(cè)量憑借自身的原理優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為精密測(cè)量中不可或缺的重要部分。然而，由于干涉測(cè)量通常采用相干性很強(qiáng)的激光作為光源，這使得相干信號(hào)不可避免地受到相干噪聲的影響。因此，如何抑制干涉系統(tǒng)中的相干噪聲，提高相干信號(hào)質(zhì)量已經(jīng)成為干涉測(cè)量領(lǐng)域中不容忽視的問(wèn)題。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本課題提出一種基于相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制方法。通過(guò)對(duì)光源相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光源時(shí)間相干性控制。使相干

2、信號(hào)處于相干峰的位置，形成相干增強(qiáng)；同時(shí)，使相干噪聲處于相干谷的位置，形成相干相消，從而在保證相干信號(hào)完好的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)相干噪聲的有效抑制。本課題具體內(nèi)容包含以下幾方面：
　　(1)根據(jù)相位調(diào)制理論和波動(dòng)光學(xué)理論，提出了相位調(diào)制生成部分相干光方法，建立了相干系數(shù)的數(shù)學(xué)模型，探索相干系數(shù)的相干峰與相干谷的位置規(guī)律。將部分相干光理論應(yīng)用于干涉系統(tǒng)中，建立抑制相干噪聲的數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)出了抑制相干噪聲的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　　(2)仿真分

3、析了相干系數(shù)γ以及合成相干系數(shù)γs的變化規(guī)律。其中包括相干系數(shù)γ與調(diào)制深度φm的關(guān)系，寄生光程差OPD與調(diào)制頻率F的關(guān)系，以及合成相干系數(shù)γs與交變調(diào)制深度φm1、φm2及其占空比d的關(guān)系。對(duì)于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的干涉系統(tǒng)以泰曼干涉儀和光柵干涉儀為例，分別分析寄生反射的形成方式，相干噪聲對(duì)相干信號(hào)的影響，以及相位調(diào)制后相干噪聲的抑制效果。仿真結(jié)果表明，采用相位調(diào)制后，泰曼干涉中相干噪聲抑制率達(dá)98.80％，光柵干涉儀中相干噪聲抑制率達(dá)81.53

4、%。
　　(3)設(shè)計(jì)制作了滿(mǎn)足相位調(diào)制要求的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源。先從整體分析調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源的參數(shù)要求，再分步設(shè)計(jì)制作了射頻信號(hào)源模塊，功率放大器模塊，壓控衰減器模塊，以及方波壓控信號(hào)模塊等。最終制作完成的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源能夠滿(mǎn)足2~4 GHz的點(diǎn)頻輸出，最大輸出功率為15.51 dBm，壓控衰減范圍為1.08 dB~13.87 dB，方波壓控信號(hào)具備頻率、幅值、占空比以及直流偏置可調(diào)功能。最終設(shè)計(jì)制作的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)源滿(mǎn)足相位調(diào)制的參數(shù)要求。

5、r>　　(4)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證部分相干光理論以及相干噪聲抑制效果。首先，在邁克耳遜干涉儀中驗(yàn)證了相位調(diào)制生成部分相干光原理的正確性。然后，搭建了相位調(diào)制的泰曼干涉儀和光柵干涉儀，分別驗(yàn)證了在相干噪聲在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉系統(tǒng)中對(duì)相干信號(hào)的影響，以及采取相位調(diào)制后相干噪聲抑制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用相位調(diào)制后，泰曼干涉儀中的相干信號(hào)條紋得到明顯改善。在等臂情況下，相干噪聲抑制率達(dá)50.44%。在不等臂情況下，相干噪聲抑制率達(dá)36.82%。