垂直腔面激光器自混合振動傳感的應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)傳感測量是一種非接觸式測量，具有高精度，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在精密測量領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。在眾多的光學(xué)測量中，以激光干涉法應(yīng)用最為廣泛。近年來以垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)作為新興的激光光源受到了人們的廣泛關(guān)注，以其發(fā)射角小、極短的光學(xué)諧振腔易于實(shí)現(xiàn)動態(tài)單模工作、極低的功耗等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為光學(xué)信息處理、光通訊的主要光源。VCSEL加速了激光自混合干涉(SMI)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，自混合干涉的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、易準(zhǔn)直，解決了傳

2、統(tǒng)干涉光路的復(fù)雜、尺寸大的問題。本文對垂直激光器自混合技術(shù)進(jìn)行深入研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 1.用三鏡腔模型和激光速率方程深入研究了激光自混合效應(yīng)的基本理論，建立了自混合干涉的數(shù)學(xué)模型，為后期的實(shí)驗(yàn)和分析奠定理論基礎(chǔ)。
　　 2.建立單模VCSEL自混合測振實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的光電信號處理電路。采用單模VCSEL代替普通半導(dǎo)體激光器，使得外部光路簡單緊湊，提高了測振精度。
　　 3.研究了外腔振

3、動下的自混合信號的特點(diǎn)。通過改變振動源的頻率、振幅和波形進(jìn)行振動傳感測量實(shí)驗(yàn)，觀察到了相應(yīng)的自混合干涉信號，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了理論分析。
　　 4.基于信號的統(tǒng)計(jì)特性，利用短時傅立葉變換獲取自混合信號的時頻分布特征。
　　 5.根據(jù)傅立葉變換的信息，利用比值法對頻譜進(jìn)行校正。
　　 6.根據(jù)表征信號奇異點(diǎn)的特征，對多普勒信號脫落引起的頻率奇異點(diǎn)進(jìn)行跟蹤識別，并擬合修正，進(jìn)一步提高信號時頻分布精度。