新型全光纤速度干涉仪研究与应用

摘要

任意反射面速度干涉仪系统VISAR(Velocity Interferometer System For AnyReflector)是强动载下的界面运动速度的测量研究标准化测试工具。随着激光技术的不断发展，以全光纤VISAR为代表的新型激光干涉测速技术取得了广泛的应用。全光纤VISAR技术由于其结构紧凑，设计简单，调试方便、精度高等优点已成为了非接触速度测量技术的主流。但是全光纤VISAR想要完全取代离散VISAR必须解决一系列问题，例如非相干光束掺杂，偏振态控制等，这些问题在高速测量中的影响更为严重。针对瞬态测量的需要，以解决冲击波作用下的靶向自由面速度测试应用为主要研究对象，本文提出一种新型结构的全光纤速度干涉仪，以国家973计划课题（编号2010CB327805）为依托，对新型全光纤速度干涉仪的各个方面进行了深入的研究，并将其成功应用于高速测试领域中，文章的主要创新和成果有:
　　1.采用偏振分束器和3×3耦合器作为系统光路结构的核心器件，从光路结构上进行突破。利用偏振分束器的特性来消除系统中的非相干光束，提高干涉条纹的对比度。
　　2.设计反馈式延迟线光反馈环路，形成光反馈闭合环路结构。由此构造的全光纤干涉系统，除具备传统全光纤VISAR相同的优点外，还可以克服并消除光纤延迟线引入的交叉干扰，而且得到延时提高一倍。
　　3.对系统的偏振稳定性进行了深入分析。分别从理论和仿真两方面分析系统中光学器件以及保偏光纤对系统稳定性的影响。理论和仿真结果表明本课题提出的系统具有较高的稳定性。
　　4.针对复杂的速度测试环境，采用抗偏转能力强、高回光效率的光收发透镜组来替代传统光纤准直器，光收发透镜组的中心波长为1310nm，可测量范围50mm～2000mm。定性分析了在相同条件下光收发透镜组的抗偏转能力是光纤准直器的4倍以上。
　　5.实现了新型全光纤速度干涉仪在冲击波作用下的靶向自由面速度测试，实验在强扰动下完成700μs长时间测量，实现全光纤速度干涉仪在高加速度复杂测量环境中的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 激光干涉仪简介

1．3 几种速度干涉仪简介

1．3．1 迈克尔逊干涉仪

1．3．2 法布里—珀罗干涉仪

1．3．3 任意反射面干涉仪

1．3．4 全光纤速度干涉仪

1．4 论文章节安排

第二章 新型全光纤速度干涉仪的理论分析

2．1 偏振分束器基础知识

2．1．1 偏振分束器理论分析

2．1．2 偏振光束消除原理

2．2 3x3耦合器的基础知识

2．3 新型全光纤速度干涉工作原理

2．3．1 系统结构

2．3．2 非相关光消除原理

2．3．3 延迟线圈噪声抑制原理

2．4 新型全光纤速度干涉理论分析

2．4．1 基于干涉条纹速度公式的导出

2．4．2 基于混频原理速度公式导出

2．4．3 延迟光纤长度对系统测量范围的影响

2．5 系统光源的选择

2．5．1 系统对光源功率的要求

2．5．2 光源电路性能测试

2．6 光收发装置方面

2．6．1 光纤收发探头抗偏转能力分析

2．6．2 两者抗偏转能力比较分析

2．6．3 关于反射面的讨论

2．7 系统光路稳定性研究

2．7．1 光纤中光波的偏振态

2．7．2 NAFVVS系统的偏振稳定性分析

第三章 新型全光纤速度干涉仪信号处理办法

3．1 相位调解方法

3．2 汉宁窗加窗傅里叶变换

3．3 相位还原算法仿真

3．4 汉宁窗傅里叶变换仿真

第四章 新型全光纤速度干涉仪实验

4．1 振动台实验测试

4．1．1 振动台条纹实验数据

4．1．2 振动台相位噪音消除实验

4．2 冲击速度测试

4．2．1 冲击速度测试实验方法

4．2．2 冲击速度测试实验数据

第五章 总结

参考文献

简历及研究成果

致谢