双纵模双频激光精密测距仪研究

双纵模双频激光精密测距仪研究

一、双纵模双频激光精密测距仪的研究(论文文献综述)

赵显宇[1](2020)在《基于电光调制光学频率梳的精密测距技术研究》文中认为科研和工业领域的高速发展对大尺寸的精密测距技术提出了更高的要求,另一方面,光学频率梳的发明也为激光测量技术的发展增添了许多可能。近年来,基于光学频率梳的精密测距技术得到了广泛地研究,光学频率梳测距技术可观的精度潜力和良好的数据溯源性使其可以成为新一代精密测距技术的理想选择。本文聚焦光频梳测距技术,选用生成简单、运行稳定的电光调制光学频率梳作为光源,提出基于电光调制三光梳的合成波长测距法和基于电光调制光频梳的光谱干涉测距法两种方案对电光调制光频梳的测距能力进行研究。从理论和实验角度讨论了两种测距方案的非模糊范围及测量精度,进而讨论了电光调制光频梳的测距潜力。随后对这两种方案进行了仪器化设计,分别在远距离测距和非合作目标测距两种典型应用场景下进行了实验,分析了电光调制光频梳测距方案的工程适用性。具体研究如下:提出电光调制三光梳合成波长测距法,旨在实现兼顾大非模糊范围的高精度绝对测距。该测距方案利用多外差干涉测距原理,使用重复频率不同的电光调制光频梳的各阶梳齿组建一系列尺寸不同的合成波长链,使用相位式测距手段进行绝对距离测量。大尺寸的合成波长负责粗测,用以保证足够大的测距非模糊范围;小尺寸的合成波长负责精测,用以保证测距精度。在70 m的绝对测距实验中,与增量式激光干涉仪相比,达到10-7·L的测距一致性。提出电光调制光频梳光谱干涉测距法,利用多波长激光干涉的光谱调制特性,使用经过色散补偿与非线性扩谱的宽光谱电光调制光频梳作为光源,通过解算干涉光谱的包络频率得到待测距离。并使用等频率间隔重采样和二次方程脉冲峰值拟合算法对方案中的系统误差进行改善。在70 m的绝对测距实验中,与参考干涉仪相比,得到±13 μm的测距一致性。开展了电光调制光频梳光源及测距光路的仪器化设计,并进行远距离测距实验。实验中,受气流湍动的影响,合成波长法与光谱干涉法的测距精度均出现明显下降。其中光谱干涉法因为非模糊范围较短,失去了远距离测量数据的有效性;而合成波长法因其具有兼顾精度和非模糊范围的优点可以在全量程保持数据的有效性,在足够的数据更新率和测量时间的保证下,甚至有可能监控气流湍动引起的光程变化。进行了电光调制光频梳非合作目标测距实验,使用平面镜、毛玻璃和金属平铣样块的波脊和波谷四种被测目标进行了对照实验。对四组实验目标的回光功率、光斑形状及偏振态做了探测和分析,并对平铣样块波脊和波谷处的回光功率与角度关系进行实验验证。由于非合作目标表面粗糙度的影响,回光功率明显下降,光斑形状也随着表面纹理有所畸变,对合成波长法的测距量程和精度都产生了一定影响。然而,在光谱干涉实验中,在全量程内均能得到有效的测距结果,而测距精度与光谱干涉法自身的分辨力维持在相同的水平,证明了光谱干涉法的微光测距能力,也证明了光谱干涉法具有较高的测距鲁棒性。研究表明,电光调制光频梳具有良好的测距应用潜力。而基于电光调制光频梳的合成波长法和光谱干涉法两种测距方案在不同的应用场景下各有优势。基于电光调制三光频梳的合成波长测距法具有兼顾高精度和大非模糊范围的绝对距离能力,同时数据更新率较高,可以完成大尺寸的高精度测距工作;而电光调制光频梳光谱干涉方法微光测量能力较高,可以适应复杂被测表面的高精度测距需求。

陈佳滨[2](2019)在《一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器物理特性研究》文中研究表明Y型腔正交偏振激光器作为研制激光加速度计的重要器件,在光学精密测量领域有着重大的应用潜力和价值,对其输出频差稳定性的提高一直是研究的关键。论文首先概述了双频激光器目前的研究情况和发展趋势,重点介绍了Y型腔正交偏振激光器的结构特点、原理、应用和发展趋势,总结前人工作并针对其研究内容中存在的问题,指明了目前设计出新的具有单正交偏振模对的一体化Y型激光器的必要性。其次,本文设计出了具有新的腔体改进结构的新一体化Y型腔激光器,并对其基本结构及原理进行了介绍。通过ANSYS软件对激光器的瞬态和稳态温度场进行仿真并利用红外热像仪对激光器实际温度场进行拍摄,结果表明实际温度与仿真结果的误差小于1%,说明ANSYS仿真模型的准确可靠。仿真结果表明激光器从启动到稳态工作大约需要一个小时,稳态下激光器腔体的最高温度点位于腔体内部的增益区,最高温度为52.778℃,S子腔与P子腔的腔内平均温度差值为0.089℃。同时说明了激光器两子腔存在温度差是腔内自身热源的影响结果,也是影响激光器输出频差稳定性的主要原因。对新一体化Y型激光器的三大基本输出特性进行了测试,结果表明激光器的输出功率随放电电流的升高而增大,在1.22~3.4m A的工作范围内,其最大输出功率为0.53m W。激光器的输出激光基本工作在基横模、双纵模(单正交偏振模对)的模式状态,且为正交线偏振光。通过搭建腔调谐实验系统对新一体化Y型激光器进行了腔调谐实验,得到了在不同分裂频差下的光强调谐曲线、相应的拍频变化曲线及频差调谐曲线。结合理论分析及实验数据表明分裂频差是影响模竞争的主要因素。分裂频差影响各纵模的线性增益和自饱和效应、损耗与互饱和效应,三者综合起来通过光强的自洽方程影响光强的变化。当分裂频差处于129-1302MHz范围内时,激光器处于单纵模对(相邻的S、P单纵模)振荡的工作状态。最后,搭建温控热稳频实验系统进行了温控热稳频的实验,实验结果表明:激光器工作在温控盒内时的频差稳定性相比无温控时要更好;当温控温度高于激光器稳定状态下的最高温度时,输出频差的稳定度由106提升至105量级;二级温控对提升频差稳定度的效果要明显好于一级温控,在温控温度为61℃的二级温控下,激光器的输出频差稳定度提升至104量级,达到了预期效果。

蒋振坤[3](2019)在《基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源》文中研究表明随着精密测量技术的发展,激光干涉测量成为精密测量技术的重要组成部分。双频光源具有强抗干扰能力,高测量精度以及非接触探测等优点,被广泛的应用于各类精密测量系统。双频光源的频差是一个重要参数,直接影响了测量分辨率等关键参数。本文调研总结了精密测量对频差的需求以及国内外双频光源的发展现状,在此基础上提出了基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源方案。基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源由单频种子光源和基于马赫-曾德尔(MZ)结构的独立移频两部分组成。它的优势在于:双频光来源于同一单频激光器,能规避单频激光器频率和相位抖动对双频光的影响;双频光的产生在种子激光器腔外,可根据应用需求选择不同性能的种子光;利用单边带调制器对种子光进行移频,移频量由射频频率精确控制且可连续调谐。本文主要工作如下:1.理论研究基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源的原理,分析其结构优势;理论研究单边带调制器实现单频光移频的原理,分析影响移频量大小的因素;在上述两点基础上,理论数值模拟分析双频光源可实现的最大和最小频差以及频差的可调谐范围和频差稳定性;理论研究双频光拍信号的相位噪声,分析相位噪声对双频光源最小频差的影响;理论模拟分析单频激光器和射频驱动信号对双频光源的双频光输出功率、双频光的光谱边模抑制比的影响;理论研究双频光拍信号信噪比。2.实验研究利用单边带调制器实现对种子光的多边带调制输出以及单边带调制输出,研究单频激光器的频率、射频驱动信号的频率以及功率对单边带移频量的影响,获得边模抑制比超过30d B的?1阶的单边带移频输出。实验构建基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源,研究双频光源的最大和最小频差以及频差的可调谐范围:双频光源频差最小值为40k Hz,频差最大值为30GHz,且频差在40k Hz至30GHz范围内能连续自由精确地调谐。实验分析频差的稳定度:对于MHz和GHz量级频差的双频光,其频差的标准离差率分别处于109-和10-11量级。实验研究了单频激光器和射频驱动信号对双频光光谱边模抑制比的影响,实现了最大43d B的边模抑制比。实验研究分析了单频激光器功率以及射频驱动信号功率对双频光输出功率的影响。

陶宇峰[4](2017)在《基于激光自混合的微纳米振动测量关键技术研究》文中研究指明激光自混合效应是指激光器既是光的发射器又是接收器,激光内腔受反射光影响改变激发射光功率、光谱和相位等特性的现象。自混合中激光器可被外腔光程和自身驱动条件(电流注入、电子束或光束泵浦)的变化输出特定的低频光波,携带被测物的位向信息,通过分析输出光特性可获知被测物理量。出射和反射光共享传播路径,系统紧凑易准直,且外腔中可置入声光晶体引入频移或电光晶体引入相移,配合相应解调技术测量精度获极大提升(可达1个纳米),因此自混合干涉技术可满足计量环境中嵌入式高精度的要求。本文应用激光器复合谐振腔模型分别阐释和验证了单模单外腔和双纵模双外腔两种情况下激光器的光振荡特性,在课题组前辈工作基础上研制了新型自混合干涉系统,并应用研制系统对一维/亚超声频率/二维微纳振动进行测量,实验结果与商用激光多普勒测速仪(Ploytec-5000)进行比较。本文的主要内容大致分成如下四个部分:搭建基于磷化铝镓铟(ALGaInP)半导体激光器的精简激光自混合测振系统,分析激光器在适度和弱反馈范围输出光的特征,发现了条纹倾斜因子和被测相位在频域分布位置不同。应用小波分解提取低频相位进行希尔伯特变换解相,实现微米级位移的自辨向重建。该系统仅包含带量子阱结构激光器,工作电流的阈值低,不使用衰减器直接对振动表面照射测量,对比多普勒测速仪(LaserDoppler Velocity meter,简写为LDV)结果发现改半导体激光自混合干涉对微米幅度的低频(<400Hz)振动分辨率优于λ/12。实验进一步表明该系统允许的反馈系数范围广,小波分解对激光散斑和环境噪声有天然抑制性,配合防静电电缆线,具有一定的可嵌入性。接着研究了半弧相移自混合干涉测振仪,特定的半个弧度相移深度由铌酸锂电光晶体的相移效应引入,激光器输出光通过与正交相依因子乘积滤波的方式对被测相位降频提取。无傅氏变换的纯时域解调流程因计算效率高,在非接触性瞬态振动测量(分析时间小于0.2秒)中的误差为几个纳米,噪声来源和大小也做了分析。本章利用该系统对非匀速振动测量,恢复出阻尼、脉冲、小幅度简谐振动的振动曲线,精度较半导体激光自混合干涉测量系统提高一个数量级,有可能发展成为一种快速在线测振仪。搭建了高测量上限的共振型相移自混合系统,相移由12MHz射频驱动共振电光调制器实现。射频自混合光信号通过高速数据传输技术转化为可分析离散数值,进而对超声换能器的幅频特性进行了测量。实验发现掺有氧化镁的铌酸锂电光晶体在射频段的驱动电压低,具备良好的高速的单偏振态电光相移效应。铌酸锂电光晶体引入正弦共振相位调制使得微波激光自混合信号的谐波频差进一步加大,因此系统对混叠效应免疫力腔,在30kHz以上的亚超声波段振动测量中得到了优于40纳米的精度。同时该系统允许的测量距离可达1米,散斑噪声弱。接着研究了偏振复用型相位调制二维激光自混合干涉仪。为拓展自混合干涉测量的被测光路数量,本文设计了基于双纵模激光器和偏振复用技术的相位调制型干涉光路,产生无光学串扰的双目标(混合型)自混合系统。由于光源的正交偏振特性,自混合微波光呈现二维矢量特性,其理论模型由复合腔结合多模He-Ne激光器Lamb半经典理论推导得出。实验发现弱反馈条件下模式竞争和偏振跳变现象明显减弱,两个纵模光强信号反向,呈现为两个正弦曲线的叠加。因正弦相移偏振态异向且频率可控,因此自混合信号谐波分量无混叠,在对二维定位、双目标和双参数的测量具有分辨率可选的优点。两个测量光路可同时或单独工作,对微米级振动的测量精度均优于10个纳米。最后研究了光纤耦合型的波导相移半导体激光自混合测振系统。近红外波段850nm半导体激光器在保偏光纤中与相位调制器耦合,可弯曲光路具备抗电磁干扰的能力。得到自混合信号和光谱不依赖与光纤长度,虽然存在一定散斑噪声,但实验表明高斯激光束传播过程中易发散的问题得到了解决。

龚梦帆[5](2015)在《一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的物理特性研究》文中研究表明双频激光器作为精密测量系统的核心元件,一直是世界各国研究的热点。一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器具有大频差输出且频差可调谐等特点,在精密测量领域有着重要的应用价值。本文对其展开了系统全面的物理特性研究,为其作为激光加速度计传感元件和应用于微纳力值传递标准技术提供了研究基础。论文首先总结了双频激光器的特点、种类和发展现状。回顾了双频氦氖激光器、双频微片激光器以及双纵模半导体激光器的研究现状。介绍了一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的结构优势及应用,指出对其进行深入研究的必要性。其次,介绍了激光器的基本结构和工作原理,测试了激光器的基本输出特性,结果表明:激光器输出光可以工作在基横模双纵模的模式状态;在工作电流为03mA范围内,输出光功率与工作电流呈线性递增关系,且最大输出光功率为0.64mW;输出光为正交线偏振光;输出频差闭锁阈值为12MHz;长期频差漂移3MHz,短期频差漂移0.75MHz。再次,实验研究了激光器的光强调谐和频差调谐特性。测试了不同频差大小下两束光的光强调谐曲线和产生的拍频变化,理论上分析和总结了影响光强调谐曲线的因素和机理。研究表明:激光器腔内各纵模的单程增益与损耗、自饱和效应与互饱和效应是影响光强调谐曲线变化的主要因素。测试结果说明:激光器的输出频差范围为12MHz1038MHz。最后,利用ANSYS有限元软件建立了激光器的热力学模型。通过ANSYS仿真得到了激光器腔体在稳态和瞬态情况下的温度场分布,采用红外热像仪拍摄腔体表面的实际温度值,与仿真结果对比,二者的温度值差异小于1%,说明建立的仿真模型准确可靠。研究表明:激光器启动2小时后达到稳定状态,整个过程中热量逐步从增益区向非增益区传导;当激光器温度分布稳定时,腔体存在明显的温度梯度分布,其中上表面区域温度梯度最大;表面温度最高点位于阴极附近,最低点位于远离增益区的P子腔下表面;两子腔腔内温度差值为0.433℃,引起的频差漂移量为0.58MHz,激光器两子腔随时间变化产生的温度差及其变化仍是目前制约激光器输出频差稳定性的主要因素。

时光[6](2014)在《提高FMCW激光测距分辨力方法及在球坐标测量中的应用》文中进行了进一步梳理大空间精密坐标测量在重大装备制造、空间科技、能源行业、国防工业等方面发挥着重要作用,发展大空间无合作目标激光坐标测量技术是激光测量的一个重要发展方向。脉冲法和相位法等常用的无合作目标激光测距方法测量精度低,是限制无合作目标坐标测量精度的主要因素之一。调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave简称FMCW)激光测距是一种大尺寸激光绝对测距技术,具有量程大,测量分辨率高,可实现无合作目标测距等优点,成为了近年来无合作目标激光绝对测距研究的热点。本文对FMCW激光测距进行了详细的研究,提出了有效提高测距分辨力的方法,并通过实验进行了验证。进一步提出了基于FMCW激光测距的大尺寸球坐标测量系统的总体设计,搭建了实验无合作目标坐标测量系统,并对其进行了实验研究。主要工作内容如下:1.研究了外腔式可调谐激光器的调谐原理,以及窄线宽激光器动态线宽的测量方法;比较了几种常用的激光测距方法的优缺点,研究了FMCW激光测距的原理,推导了测距公式;分析了激光器调制范围和激光器调制线性度与测距分辨力的关系,并验证了进行无合作目标测距的可行性。2.设计了双干涉光路FMCW激光测距系统,利用对拍频信号进行等光频间隔重采样的方法,抑制了激光器调制非线性对测量分辨力的影响。3.分析并验证了光纤色散对测距分辨力的影响。提出了对等光频间隔重采样信号进行拼接的方法,能够在不降低分辨力的前提下减小激光器的调制范围,不仅减小了光纤色散对测距分辨力的影响,而且降低了FMCW激光测距对激光器调制范围的依赖。实际测量实验证明了在11m范围内的自由空间中,测量分辨力达到了40μm,测量标准差达到了15μm。4.设计了基于FMCW激光测距的大尺寸球坐标测量系统的总体结构与运行原理;研究了球坐标传动系统并分析了主要的误差来源。设计搭建了实验无合作目标大尺寸坐标测量系统,针对该系统进行了误差分析,并设计和进行了主要误差的校准实验,最后利用激光跟踪仪对该系统的水平两点间距离测量精度进行了评定。

周小珊,李岩[7](2010)在《相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究》文中指出为了克服一般绝对距离测量方法量程和精度不能同时满足的问题,提出一种相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量方案。该方案使用相位激光测距技术进行粗测,双纵模He-Ne激光器外差干涉测长技术进行精测,保证两者结合的单值性。建立测量系统,对方案的可行性进行了实验验证,并对影响系统稳定性的因素进行了分析。与双频激光干涉仪的比对结果表明:测量标准差优于1 mm,可以满足一些大尺寸的测量精度要求。

吴燕华,董璐,张涛[8](2010)在《高测速双纵模双频激光干涉仪系统的研究》文中进行了进一步梳理以合适频率的高稳定度电子振荡器信号分别与双纵模热稳频双频激光干涉仪输出的频率过高的测量和参考信号混频,将信号载波频率降至计数器允许频率范围内,得到全交流的高测速双纵模双频激光干涉仪系统。本文给出了高测速双纵模双频激光干涉仪系统光路框图和信号处理框图,并给出了振荡器频率选择的基本公式。所研制系统纵模间隔约728MHz,计数器选用最大允许计数频率10MHz的82c54,振荡器为频率为723MHz的JE0723型介质振荡器。在3m激光测长机上的实验证实:系统分辨率为0.32μm时,最大允许测量速度可达1300mm/s,能满足各种高速运动设备的检测及标定需求。

杨睿韬[9](2010)在《偏频锁定式热稳频激光器偏频信号检测及数字控制器研究》文中研究指明作为激光干涉测量的长度标尺和溯源基准,激光波长(频率)的准确度决定了干涉测量系统所能达到的最高相对测量准确度,因此激光稳频技术研究一直是精密和超精密激光干涉测量领域关注的热点问题之一。特别是近年来,在微机电系统制造、微电子装备等超精密加工业迅猛发展的推动作用下,下一代激光干涉测量技术研究与系统集成将不断地向大量程、超精密方向迈进,其相对测量准确度将高达10-710-8,对光源的频率准确度需求相应地提高到10-810-9,使激光稳频技术研究进入一个新的发展阶段。偏频锁定式激光热稳频方法是近年来提出的一种激光热稳频新概念,它有机融合了碘分子吸收谱的超高光频精度优势,是有可能为下一代超精密激光干涉测量系统提供超高精度的激光热稳频技术。本文在深入分析偏频锁定式激光热稳频原理的基础上,针对其稳频系统中偏频信号存在较大频率调制、被控对象热惯性大难以控制、控制算法调试工作繁琐等影响激光频率稳定度的问题,设计并实现了偏频锁定式激光热稳频系统的偏频信号检测单元、数字热稳频控制器及相应的稳频控制算法。本文主要研究内容如下:1.分析偏频锁定式激光热稳频系统的工作原理并建立了初步的稳频误差模型,指出尽管理论上偏频锁定式热稳频激光器的频率稳定性有可能得到极大的改善,但实际系统中偏频值检测误差、偏频值锁定控制误差等因素制约了激光频率稳定度的进一步提高;2.针对碘稳频激光与待稳频激光之间的拍频信号幅值小、频率范围大、高频噪声大等问题,设计并实现了拍频信号高增益、大带宽检测与调理电路,实现了对拍频信号的高精度提取与有效放大,并采用分频器降频法将其转变为易处理的中低频信号;3.针对碘稳频激光器输出光的频率调制带来的两激光器拍频信号中存在多种边带干扰频率成分、偏频值检测误差较大等问题,提出基于多调制周期同步数字测频技术的边带频率抑制和偏频值检测方法,设计并实现了相应的高精度数字测频模块,在有效抑制调制信号边带频率的基础上完成了对偏频值的精确采集;4.设计了高精度数字稳频控制器,并在其中移植了μC/OS实时操作系统,集成适合于稳频系统调试的多任务实时控制器,该控制器可实现高精度采集激光管温度、有效识别激光器工作状态、输出高精度控制量并实现控制量的功率放大、为算法调试提供人机接口等;5.分析偏频锁定式热稳频激光器的各单元特性并建立热稳频控制系统模型,并针对稳频控制对象的大热惯性、纯滞后特点,利用阶跃辨识法获取稳频控制模型的比例增益、热惯性、时间延迟等相关参数,设计并实现了基于Smith-PI的热稳频控制算法。整合上述偏频信号检测单元、数字稳频控制单元和稳频控制算法,搭建了偏频锁定式激光热稳频系统并进行了初步的热稳频实验。实验结果表明,在经过30min的预热时间后偏频值可以被有效锁定,偏频锁定误差小于±500k Hz,热稳频激光器的相对频率准确度优于1×10-9。

周秀云,程玉华[10](2009)在《一种大范围高精度的光电测量装置研究》文中研究说明为解决大尺寸测量的环境性和高精度性的矛盾问题,介绍了一种可用于工业现场大尺寸零件精密测量的装置。该装置以双纵模热稳频He-Ne激光器为光源,其拍频频率约为729MHz,拍频波长约412 mm;以拍频波长为测量基准,拍频波节点(过零点)为对准标志,用粗估的方法获取整数倍拍频半波长的长度,用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪(分辨率为0.08μm)测量最邻近节点到被测点的尾数长度。测试表明,此装置具有很好的环境适应性和同类仪器中最高的频差稳定度。整个测量系统可在020 m范围内工作。测量不确定度优于±30μm/10 m。

二、双纵模双频激光精密测距仪的研究(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、双纵模双频激光精密测距仪的研究(论文提纲范文)

(1)基于电光调制光学频率梳的精密测距技术研究(论文提纲范文)

摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 传统的激光测距技术及发展
    1.3 光学频率梳的发展
        1.3.1 基于锁模激光器的光频梳的发展
        1.3.2 基于微谐振腔技术的光频梳的发展
        1.3.3 基于电光调制技术的光频梳的发展
    1.4 光学频率梳测距技术发展现状
        1.4.1 基于时域特性的测距方法
        1.4.2 基于频域特性的测距方法
    1.5 光频梳测距问题梳理及本文主要研究内容
第二章 电光调制光频梳合成波长法绝对测距
    2.1 电光调制光频梳的生成
    2.2 多外差合成波长测距原理
        2.2.1 合成波长测距原理
        2.2.2 双光梳多外差合成波长测距原理
        2.2.3 三光梳多外差合成波长测距原理
    2.3 电光调制光频梳合成波长测距装置
    2.4 基于希尔伯特鉴相的数据处理算法
    2.5 实验结果及评价
    2.6 本章小结
第三章 电光调制光频梳光谱干涉法绝对测距
    3.1 光学频率梳光谱干涉测距理论
        3.1.1 光谱干涉测距原理
        3.1.2 光谱干涉测距非模糊范围与测量精度分析
    3.2 电光调制光频梳光谱干涉测距实验
        3.2.1 电光调制频梳光源配置方案
        3.2.2 测距光路结构
    3.3 数据处理及优化算法
    3.4 实验结果与讨论
    3.5 本章小结
第四章 电光调制光频梳仪器化设计及室外远距离测距实验
    4.1 室外远距离测量技术问题分析
    4.2 电光调制光频梳测距装置仪器化设计方案
        4.2.1 远距离测距收发镜组设计
        4.2.2 电光调制光梳合成波长法远距离实验装置
        4.2.3 电光调制光频梳光谱干涉法远距离实验装置
    4.3 电光调制光频梳室外远距离测距实验结果与分析
        4.3.1 电光调制光频梳合成波长法室外远距离测距实验结果
        4.3.2 电光调制光频梳光谱干涉法远距离测距实验结果
        4.3.3 实验结果分析
    4.4 本章小结
第五章 电光调制光频梳非合作表面测距实验
    5.1 非合作表面测距问题分析
    5.2 电光调制光频梳粗糙表面测距实验装置
        5.2.1 粗糙表面测距预备实验
        5.2.2 合成波长法非合作表面测距实验装置
        5.2.3 光谱干涉法粗糙表面测距实验装置
    5.3 电光调制光频梳非合作表面测距实验结果与分析
        5.3.1 光与样块角度校准实验
        5.3.2 合成波长法非合作表面测距实验结果
        5.3.3 光谱干涉法非合作表面测距实验结果
        5.3.4 实验结果分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本论文创新点总结
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(2)一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器物理特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 双频激光器的发展历史与研究趋势
        1.1.1 发展历史
        1.1.2 研究趋势
    1.2 Y型腔正交偏振双频激光器的发展
        1.2.1 分立式Y型腔正交偏振激光器
        1.2.2 一体化Y型腔正交偏振激光器
        1.2.3 Y型激光器的应用
    1.3 课题研究背景与本文工作
        1.3.1 课题研究背景和意义
        1.3.2 本文工作
第二章 一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器的结构设计与温度场仿真
    2.1 一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器的基本结构
        2.1.1 基本结构
        2.1.2 腔体的改进设计和目的
    2.2 温度场仿真的目的与意义
    2.3 温度场仿真分析的理论基础
        2.3.1 传热学基本知识
        2.3.2 热传递的基本形式
        2.3.3 温度场
        2.3.4 导热微分方程
        2.3.5 定解条件
    2.4 温度场的仿真与实验
        2.4.1 仿真工具与方法步骤
        2.4.2 激光器模型的建立与热传递分析
        2.4.3 设置材料热参数
        2.4.4 网格划分
        2.4.5 施加热载荷
        2.4.6 对流换热系数的计算
        2.4.7 温度场分布仿真结果与分析
    2.5 本章小结
第三章 一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器基本特性
    3.1 输出光功率
    3.2 输出光的横模特征
    3.3 输出光的纵模分布
    3.4 输出频差稳定性
    3.5 本章小结
第四章 一体化Y型腔单正交偏振模对激光器的腔调谐特性
    4.1 实验装置和方法
    4.2 激光器的光强调谐性质
        4.2.1 光强调谐规律的理论分析
        4.2.2 光强调谐曲线与分析
    4.3 激光器的频差调谐性质
        4.3.1 频差调谐曲线与分析
        4.3.2 频差闭锁及半经典理论分析
    4.4 本章小结
第五章 一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器频差稳定性研究
    5.1 He-Ne激光器稳频技术概述
        5.1.1 影响稳频的因素
        5.1.2 稳频方法
        5.1.3 热稳频概述
    5.2 Y型腔单正交偏振模对激光器频差稳定性影响因素及理论分析
    5.3 温控热稳频实验
        5.3.1 频差稳定度
        5.3.2 温控热稳频实验系统的搭建
        5.3.3 实验结果与分析
    5.4 本章小结
结束语
    1.主要研究工作
        1.1 激光器的结构设计与温度场仿真
        1.2 激光器基本输出特性测试
        1.3 激光器的腔调谐特性测试实验
        1.4 温控热稳频实验
    2.后续工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 腔调谐的LabVIEW程序原理框架图

(3)基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
        1.1.1 双频光源的背景和基本应用领域概述
        1.1.2 双频光源关键性能参数概述
        1.1.3 不同测量应用系统对双频光源的频率差需求概述
    1.2 双频光源研究概述
        1.2.1 典型的双光源锁定式双频光源
        1.2.2 典型的内腔式双频光源
        1.2.3 腔外调制式双频光源
    1.3 本文的主要工作
第2章 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源原理研究
    2.1 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源的原理
    2.2 利用SSB调制器实现单边带移频输出
    2.3 宽可调谐频差双频光源的频差以及其调谐范围
        2.3.1 频差最小值
        2.3.2 频差最大值
        2.3.3 宽可调谐频差双频光源的频差稳定性研究
    2.4 宽可调谐频差双频光源的其他光源参数研究
        2.4.1 影响双频光源输出双频光功率的因素
        2.4.2 宽可调谐频差双频光源的光谱边模抑制比(SMSR)
        2.4.3 双频光拍信号的相位噪声
        2.4.4 影响双频光源频差最小值的因素
        2.4.5 双频光源拍信号的SNR
    2.5 本章小结
第3章 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源实验研究
    3.1 SSB调制器调制产生多阶频率分量实验
        3.1.1 SSB调制器对光载波的调制实验研究
        3.1.2 射频驱动信号频率对出各阶频率分量的影响
        3.1.3 射频驱动信号功率对SSB调制器输出各阶频率分量的影响
    3.2 SSB调制器实现单边带移频输出的实验研究
    3.3 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源实验
        3.3.1 基于SSB调制器的宽可调谐频差双频光源的最大频差
        3.3.2 基于SSB调制器的宽可调谐双频光源的拍信号电谱输出
        3.3.3 基于SSB调制器的宽可调谐频率差双频光源的最小频差输出实验
        3.3.4 DFB-LD的输入光波长对频差的影响
        3.3.5 双频光源频差范围内可实现的测量效果数值计算
    3.4 基于SSB调制器的宽可调谐频率差双频光源的拍信号稳定度
    3.5 基于SSB调制器的宽可调谐双频光源的总功率
        3.5.1 射频驱动功率对双频光源的总功率的影响
        3.5.2 DFB-LD输入激光功率对双频光源输出功率的影响
    3.6 基于SSB调制器的宽可调谐双频光源的光谱SMSR
        3.6.1 DFB-LD输出功率对双频光源的光谱SMSR的影响
        3.6.2 射频驱动信号功率对双频光源输出光谱SMSR的影响
    3.7 本章小结
第4章 总结与展望
    4.1 总结
    4.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(4)基于激光自混合的微纳米振动测量关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 激光自混合干涉测量的研究意义
        1.1.1 激光自混合的研究进展
        1.1.2 激光自混合微米振动测量的研究
        1.1.3 激光自混合复合腔理论
    1.2 课题来源及研究内容
        1.2.1 课题来源
        1.2.2 本文的研究意义
        1.2.3 本文的研究内容
第2章 半导体激光自混合干涉测振
    2.1 引言
    2.2 半导体激光自混合原理
    2.3 倾斜自混合信号的相位提取
        2.3.1 近似自混合信号的小波分解
        2.3.2 希尔伯特变换提取相位方法
    2.4 解调方法仿真
        2.4.1 非匀速位移的仿真解调
        2.4.2 匀速运动的仿真解调
        2.4.3 微分自辨向方法
    2.5 实验及与多普勒测速仪的对比
        2.5.1 半导体激光自混合实验
        2.5.2 测量上限分析
    2.6 本章小结
第3章 半弧相移自混合干涉振动测量
    3.1 引言
    3.2 半弧相移自混合原理
        3.2.1 掺杂铌酸锂晶体的电光效应
        3.2.2 去相移载波解调方法
        3.2.3 多重反馈的仿真误差
        3.2.4 小波抑噪的波形选择
    3.3 实验系统与振动测量
        3.3.1 相移自混合信号与频谱分析
        3.3.2 压电陶瓷的振幅特性
        3.3.3 奇异振动的测量与比较
    3.4 系统分析
        3.4.1 误差来源与对策
        3.4.2 解调效率比较
    3.5 本章小结
第4章 共振相移自混合超声微振动测量
    4.1 引言
    4.2 共振相移自混合的原理
        4.2.1 共振相移调制器
        4.2.2 相移条件下的谐波混叠
        4.2.3 辨向因子
    4.3 数值仿真
    4.4 超声微米振动的测量实验
        4.4.1 基于仪器通信的信号传输
        4.4.2 实验结果与讨论
    4.5 方向误判率概率
    4.6 本章小结
第5章 偏振复用相移自混合二维振动测量
    5.1 引言
    5.2 偏振复用相移型自混合的Lamb理论
    5.3 实验系统与二维自混合信号
        5.3.1 偏振复用相移二维自混合系统
        5.3.2 实验装置与操作
    5.4 二维自混合的谐波分量频谱
    5.5 基于谐波提取的解相方法
    5.6 二维振动的重构与分析
        5.6.1 基于F-P共焦扫描的纵模间隔
        5.6.2 二维振动的重构
        5.6.3 测量系统分析
    5.7 本章小结
第6章 光纤耦合相移半导体激光自混合系统
    6.1 前言
    6.2 基本原理
    6.3 光纤中的自混合现象与讨论
        6.3.1 光纤自混合实验系统
        6.3.2 近红外波段光纤-空间耦合
        6.3.3 激光光谱
        6.3.4 自混合信号与系统精度
    6.4 本章小结
第7章 结论
    7.1 论文工作总结
    7.2 后续工作展望
附录
参考文献
在读期间发表的学术论文与研究成果
致谢

(5)一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的物理特性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 双频激光器概述
        1.1.1 双频激光器的特点与种类
        1.1.2 双频激光器的研究现状
    1.2 Y型腔正交偏振氦氖激光器概述
        1.2.1 Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本结构
        1.2.2 Y型腔正交偏振氦氖激光器的应用
    1.3 课题研究意义与研究内容
        1.3.1 课题研究背景与意义
        1.3.2 研究内容
第二章 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器
    2.1 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本结构与工作原理
        2.1.1 基本结构
        2.1.2 结构改进特征
        2.1.3 工作原理
    2.2 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的基本输出特性
        2.2.1 激光器的输出光横模特征
        2.2.2 激光器输出光纵模分布
        2.2.3 激光器的输出光功率
        2.2.4 激光器的输出光偏振特性
    2.3 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的频差稳定性
    2.4 本章小结
第三章 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的调谐特性
    3.1 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的光强调谐性质
        3.1.1 光强调谐的理论分析
        3.1.2 实验装置与实验方法
        3.1.3 不同频差下的光强调谐曲线分析
    3.2 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的频差调谐性质
    3.3 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的输出频差性质
        3.3.1 频差闭锁与模式竞争
        3.3.2 频差闭锁半经典理论分析
    3.4 本章小结
第四章 一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的温度场分布
    4.1 温度场分布研究的目的及意义
    4.2 热分析理论基础
        4.2.1 传热学基本理论
        4.2.2 热传递方式
        4.2.3 温度场
        4.2.4 导热问题的数学描写
        4.2.5 边界条件
    4.3 有限元分析的热传导问题
        4.3.1 有限元基本思想及特点
        4.3.2 ANSYS有限元软件
    4.4 实验仿真
        4.4.1 激光器温度场分布的研究意义
        4.4.2 激光器结构材料及热传导问题
        4.4.3 ANSYS几何模型的建立
        4.4.4 ANSYS仿真前处理
        4.4.5 温度场分布结果分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 主要研究工作
        5.1.1 基本输出特性实验研究
        5.1.2 光强与频差调谐特性实验研究
        5.1.3 温度场仿真与实验研究
    5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(6)提高FMCW激光测距分辨力方法及在球坐标测量中的应用(论文提纲范文)

中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的背景和意义
        1.1.1 重大装备的制造和装配
        1.1.2 重大装备的科学研究
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 球坐标侧测量系统的研究概况
        1.2.2 激光测距的研究概况
    1.3 课题的来源及研究内容
第二章 FMCW激光测距系统的基本组成与测距原理
    2.1 引言
    2.2 可调谐激光光源
        2.2.1 可调谐激光器分类
        2.2.2 外腔式可调谐激光器的工作原理
        2.2.3 激光器的线宽特性
        2.2.4 激光器线宽的测量方法
    2.3 FMCW激光测距基本理论
        2.3.1 FMCW激光测距系统基本结构
        2.3.2 FMCW激光测距测距的原理
        2.3.3 测距理论验证
    2.4 FMCW激光测距影响测距分辨力的主要因素
    2.5 本章小结
第三章 等光频间隔重采样提高FMCW激光测距分辨力
    3.1 引言
    3.2 调制线性度对测距分辨力的影响
        3.2.1 调制非线性产生的原因
        3.2.2 测量可调谐激光器调制速度的方法
        3.2.3 消除调制非线性影响的方法
    3.3 等光频间隔重采样原理分析
    3.4 双干涉光路FMCW激光测距系统设计
        3.4.1 自由光双干涉光路测距系统
        3.4.2 光纤双干涉光路测距系统
    3.5 本章小结
第四章 光纤色散对FMCW激光测距的影响及抑制方法
    4.1 引言
    4.2 光纤色散对测距分辨力的影响
        4.2.1 光纤色散产生的原因
        4.2.2 光纤色散对测距造成的影响
        4.2.3 光纤色散对测距影响的定量分析
    4.3 等光频间隔重采样信号拼接法
        4.3.1 等光频间隔重采样信号拼接理论基础
        4.3.2 等光频间隔重采样信号拼接法实际测距应用
    4.4 本章小结
第五章 基于FMCW激光测距的球坐标测量系统
    5.1 系统总体结构
    5.2 测距系统设计
        5.2.1 干涉测距系统
        5.2.2 收发一体光路
    5.3 球坐标角度测量系统
        5.3.1 球坐标测量系统原理及系统组成
        5.3.2 球坐标测量系统主要误差来源
    5.4 激光自动坐标测量系统运行原理及组成
    5.5 各轴配合误差对坐标测量结果的影响
        5.5.1 水平轴与光轴垂直度误差的影响
        5.5.2 两转轴直度误差的影响
        5.5.3 两转轴不相交带来的影响
    5.6 转轴垂直度误差的校准
        5.6.1 测距基准与两转轴交点之间位置的调整
        5.6.2 垂直度误差的校准过程
    5.7 空间两点间的距离测量
    5.8 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(7)相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究(论文提纲范文)

引言
1 测量原理
2 实验装置
3 实验结果与分析
4 结论

(8)高测速双纵模双频激光干涉仪系统的研究(论文提纲范文)

1 引言
2 测量系统组成
    2.1 光路结构
    2.2 电信号处理系统
3 实验研究
4 结语

(9)偏频锁定式热稳频激光器偏频信号检测及数字控制器研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 稳频技术国内外研究现状
    1.3 课题研究的主要内容
第2章 激光器频率稳定性及偏频锁定稳频方案
    2.1 引言
    2.2 激光外差干涉位移测量原理
    2.3 激光器频率稳定性及其对测量精度的影响
        2.3.1 激光器频率稳定性及评定标准
        2.3.2 频率稳定性对激光干涉测量的影响
    2.4 偏频锁定热稳频原理及实施方案
        2.4.1 谐振腔选模原理
        2.4.2 偏频锁定热稳频原理
        2.4.3 偏频锁定热稳频偏频信号检测及数字控制器设计方案
    2.5 本章小结
第3章 偏频信号检测单元设计
    3.1 引言
    3.2 光信号拍频原理与光电探测电路设计
        3.2.1 光信号拍频原理
        3.2.2 光电探测器选型及偏频检测预处理电路设计
    3.3 偏频信号频率测量模块设计
        3.3.1 普通多周期同步测频方法分析
        3.3.2 偏频信号频率调制特性分析
        3.3.3 多调制周期同步测频原理
        3.3.4 多调制周期同步数字测频模块设计
    3.4 本章小结
第4章 数字稳频控制器设计
    4.1 引言
    4.2 数字稳频控制器硬件系统设计
    4.3 数字稳频控制器软件系统设计
    4.4 稳频控制算法设计
        4.4.1 系统模型确立及分析
        4.4.2 稳频控制系统热模型的辨识
        4.4.3 Smith-PI稳频控制算法及实现
    4.5 本章小结
第5章 偏频锁定热稳频系统实验及分析
    5.1 引言
    5.2 偏频信号检测单元性能实验分析
    5.3 D/A转换及电热驱动单元特性实验
    5.4 稳频控制系统特性的实验分析
        5.4.1 稳频控制系统预热时间的实验分析
        5.4.2 稳频控制系统热模型的阶跃响应辨识
    5.5 偏频锁定稳频控制实验及分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

(10)一种大范围高精度的光电测量装置研究(论文提纲范文)

0 引言
1 测量装置
    1.1 大尺寸的精密测量系统的光学结构
    1.2 测量装置工作原理
2 精度分析
    2.1 拍频稳定性分析
    2.2 大尺寸测量误差
    2.3 大气环境修正误差
3 实验验证
    3.1 稳频光源实验
    3.2 测量系统实验验证
4 结论

四、双纵模双频激光精密测距仪的研究(论文参考文献)

  • [1]基于电光调制光学频率梳的精密测距技术研究[D]. 赵显宇. 天津大学, 2020
  • [2]一体化Y型腔单正交偏振模对双频激光器物理特性研究[D]. 陈佳滨. 国防科技大学, 2019(02)
  • [3]基于单边带调制器的宽可调谐频差双频光源[D]. 蒋振坤. 天津大学, 2019(06)
  • [4]基于激光自混合的微纳米振动测量关键技术研究[D]. 陶宇峰. 南京师范大学, 2017(01)
  • [5]一体化Y型腔正交偏振氦氖激光器的物理特性研究[D]. 龚梦帆. 国防科学技术大学, 2015(04)
  • [6]提高FMCW激光测距分辨力方法及在球坐标测量中的应用[D]. 时光. 天津大学, 2014(08)
  • [7]相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究[J]. 周小珊,李岩. 应用光学, 2010(06)
  • [8]高测速双纵模双频激光干涉仪系统的研究[J]. 吴燕华,董璐,张涛. 工具技术, 2010(07)
  • [9]偏频锁定式热稳频激光器偏频信号检测及数字控制器研究[D]. 杨睿韬. 哈尔滨工业大学, 2010(04)
  • [10]一种大范围高精度的光电测量装置研究[J]. 周秀云,程玉华. 半导体光电, 2009(06)

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双纵模双频激光精密测距仪研究
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