基于双边带调制的频率扫描干涉型激光测距技术研究

摘要

频率扫描干涉法（FSI）是一种基于激光技术的有效的距离测量方法，与传统干涉测量法相比，频率扫描干涉测量方法不仅有着高精度、结构简单的特点，而且可以能运用于全光纤结构，抗干扰能力强、测量范围更广，从而更好地满足实际工业应用与计量科学的要求，具有重要的理论和应用价值。本论文着重围绕频率扫描干涉法的测量原理、系统设计仿真、实验搭建验证方面进行研究，主要研究内容如下：
　　首先，提出了一种新的频率扫描干涉测量系统。传统的频率扫描干涉系统使用单个扫频激光信号对参考臂和测量臂之间的相对距离进行测量，但是该方法对光路径的变化十分敏感，光路径在测量中的变化会产生较大的测量误差。本测量系统通过电光双边带调制的方式，产生-1阶和+1阶边带作为两个新的扫频激光信号，能够有效抑制测量中由于光路径变化在成的测量误差。
　　其次，利用Optisystem对所提出的双扫频频率扫描干涉法进行仿真研究。仿真结果表明，双扫频频率扫描干涉方法有效消除了由于光路中微小扰动造成的测量误差，其对扰动的抑制比达到了11 dB。
　　另外搭建了实验系统，对所提出的激光测距技术的可行性和有效性进行了实验验证。在实验中，该系统在以下三个实验条件进行测量，并与单扫频测距方法进行了对比分析：
　　（1）固定距离的测量；
　　（2）光路中存在小幅振动情况下的测量；
　　（3）匀速直线运动条件下的测量。实验结果表明，双扫频的频率扫描干涉系统在固定距离、光路中存在振动和运动状态下的测量均比单扫频方法更有优势，其中对振动的抑制比超过了14 dB。
　　最后，本文还提出了一种基于四波混频的频率扫描干涉系统。该系统利用四波混频效应，增大了测量中信号光的扫频速度，从而达到提高测距精度的目的。在Optisystem软件中对此系统进行仿真研究后发现，基于四波混频效应的频率扫描干涉方法可以有效提高测量精度达7 dB。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题依据及背景

1.2 激光测距方法

1.3 频率扫描干涉法的国内外研究现状

1.4 本文的目的和意义

1.5 本论文研究内容

第二章 频率扫描干涉型测距系统原理

2.1 传统频率扫描干涉法的原理

2.2 扫频激光信号的产生方法

2.3 基于双边带调制的双扫频频率扫描干涉技术

2.4 基于四波混频效应的频率扫描干涉技术

2.5 本章小结

第三章 基于双边带调制的双扫频频率扫描干涉法的系统仿真

3.1 基于双边带调制的双扫频频率扫描干涉型测距系统结构

3.2 仿真结果及分析

3.3 本章小结

第四章 基于双边带调制的双扫频频率扫描干涉系统的实验验证

4.1 实验系统结构

4.2 固定距离测量

4.3 振动模式下的距离测量

4.4 匀速直线运动的速度测量

4.5 本章小结

第五章 基于四波混频的频率扫描干涉法的系统仿真

5.1 四波混频效应

5.2 半导体光放大器中的四波混频仿真

5.3 基于四波混频效应的频率扫描干涉型测距系统结构

5.4 基于四波混频效应的频率扫描干涉系统仿真结果及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文