垂直腔面激光器自混合振動傳感的應用研究.pdf

1、光學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，在精密測量領域發(fā)揮著重要的作用。在眾多的光學測量中，以激光干涉法應用最為廣泛。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注，以其發(fā)射角小、極短的光學諧振腔易于實現(xiàn)動態(tài)單模工作、極低的功耗等優(yōu)點已經(jīng)成為光學信息處理、光通訊的主要光源。VCSEL加速了激光自混合干涉(SMI)技術的應用發(fā)展，自混合干涉的主要優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、易準直，解決了傳

2、統(tǒng)干涉光路的復雜、尺寸大的問題。本文對垂直激光器自混合技術進行深入研究，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的基本理論，建立了自混合干涉的數(shù)學模型，為后期的實驗和分析奠定理論基礎。
　　 2.建立單模VCSEL自混合測振實驗裝置，設計系統(tǒng)的光電信號處理電路。采用單模VCSEL代替普通半導體激光器，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。通過改變振動源的頻率、振幅和波形進行振動傳感測量實驗，觀察到了相應的自混合干涉信號，并對實驗結(jié)果進行了理論分析。
　　 4.基于信號的統(tǒng)計特性，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行校正。
　　 6.根據(jù)表征信號奇異點的特征，對多普勒信號脫落引起的頻率奇異點進行跟蹤識別，并擬合修正，進一步提高信號時頻分布精度。