激光外差干涉绝对距离测量系统设计

摘要

绝对距离测量是精密计量领域中重要的研究内容之一,大量程、高精度绝对距离测量具有广阔的应用前景。
　　本论文在分析外差干涉理论的基础上,设计了一种激光外差干涉绝对距离测量系统,该系统采用二极管泵浦1064nm单频Nd:YAG激光器作光源,采用声光移频技术使入射的单频激光产生布拉格衍射,得到零级衍射光和一级衍射光,两束光的频差为声光调制器的调制频率;采用干涉条纹整数和小数测量相结合方法,实现大量程、高精度绝对距离测量。本论文主要研究内容包括以下几部分:
　　首先,概述了绝对距离干涉测量技术的研究现状,分析了激光外差干涉测量技术的基本理论,重点分析了激光外差干涉绝对距离测量的基本原理。
　　其次,设计了激光外差干涉绝对距离测量方案及系统,对该技术方案进行了可行性研究,简要介绍了测量系统的工作原理和系统组成,并对单频Nd:YAG激光器Pound-Drever-Hall稳频相关技术进行了理论分析和实验研究。
　　最后,建立了激光外差干涉绝对距离测量实验系统,并开展了初步实验研究,着重对单频激光调制特性和外差干涉特性进行了实验研究,在此基础上设计了外差干涉光路倍程系统。
　　综上所述,本论文所设计的激光外差干涉绝对距离测量系统研究方案是可行性的,为今后开展大频差双频激光超外差干涉绝对距离测量技术研究奠定了基础。

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1 绪 论

1.1 引 言

1.2 课题研究背景及国内外研究现状

1.3 课题研究意义及主要研究内容

2 激光外差干涉测量理论分析

2.1 光的干涉和光拍现象

2.2 激光干涉测距的基本原理

2.3 激光外差干涉绝对距离测量理论分析

2.4本章小结

3 激光外差干涉绝对距离测量系统方案设计

3.1 激光外差干涉测量系统用光源的选择

3.2常用的干涉测量系统

3.3激光外差干涉绝对距离测量系统方案

3.4本章小结

4单频Nd:YAG激光器PDH稳频系统解调方案设计

4.1 LD泵浦单频Nd:YAG固体激光器腔型结构

4.2激光频率变化的数学模型

4.3激光频率稳定性对绝对距离测量精度的影响

4.4激光稳频技术

4.5 DDS模块的设计与实现

4.6 EOM调制实验

4.7本章小结

5激光外差干涉绝对距离测量系统光学实验研究

5.1激光外差干涉绝对距离测量系统组成与建立

5.2双频激光特性分析

5.3零级衍射光和一级衍射光拍频研究

5.4实验光路改进

5.5拍频信号误差来源分析

5.6本章小结

6总结与实验改进

致谢

参考文献

附录1：正余弦数据Matlab程序

附录2：正弦数据

附录3：余弦数据

附录4：基于DDS原理的正余弦信号发生器的Verilog实现

附录5：Testbench测试程序