激光测振新方法的研究

摘要

随着精密机械加工与检测、医学诊断等方面的需求与发展,人们迫切需要在微米甚至纳米量级对微小振动进行精确定位、加工、操作、检测和监控,同时对测量技术的要求也日益提高,要求测量向着实时、非接触、高灵敏度、智能化的方向发展,以获得测量对象面内的或离面的微小位移量大小。本文基于迈克尔逊干涉仪和激光多普勒技术构建了光学干涉测量系统,利用偏振分束器、波片等光学器件获得四路正交且强度相等的干涉信号合成李萨如图形,由李萨如图形的圆心角来测量微振动位移的大小。
　　第一章阐述了激光干涉测量原理及几种激光测振方案,介绍了四种经典的干涉仪,同时就本论文主要内容作了概述,介绍了它的特色与优势。
　　第二章详细阐述了实现信号正交的两种方法:相位载波零差解调法和双光路平衡探测法,并利用李萨如图形验证了信号的正交特性。
　　第三章详细介绍了二分之一波片和四分之一波片的作用,分析了影响波片相位延迟量的各种因素,为实验光路的整体设计提供了依据。
　　第四章详细介绍了噪声处理的方法。在对噪声来源进行分析的基础上,构建了迈克尔逊干涉仪,以实验室自制的单频窄线宽全保偏光纤激光器作为光源,降低了光源的相位噪声;通过芯片、电阻和电容等电子元器件的仔细选择,降低了解调电路的整体噪声;通过互阻抗电路,对光电接收系统进行了降噪处理;并且采用了光源光电负反馈和四路平衡检测的双重降噪方法,降低了光源的强度噪声和实验装置的本底噪声,提高了实验结果的信噪比。
　　第五章在上述原理的基础上,提出了激光测振的新方法——李萨如图形实现微振动测量。分别从原理、实验结果和应用等方面对其进行了详细介绍。
　　本文采用四路平衡探测法取代常见的相位载波零差解调法实现了信号的正交,克服了压电陶瓷高频调制下的非线性效应;通过光源的光电负反馈和四路平衡检测双重降噪方法,降低了光源的强度噪声和本底噪声;通过李萨如图形实现了微振动位移大小的精确测量,测量范围达到5～388nm,分辨率约5nm,其创新之处在于是第一次利用李萨如图形实现了微振动位移大小的精确测量。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 激光干涉测量原理和激光测振技术的发展状况

1.3 激光测振技术的发展状况

1.4 本论文主要研究内容

参考文献

第二章 实现信号正交的两种方法

2.1 引言

2.2 相位载波零差解调法

2.3 双光路平衡探测法

2.4 双光路平衡探测法的优点

2.5 小结

参考文献

第三章 波片的作用及影响波片相位延迟量的因素分析

3.1 波片

3.2 四分之一波片和二分之一波片的作用

3.3 影响波片相位延迟量的因素分析

3.4 小结

参考文献

第四章 噪声分析及降噪处理

4.1 引言

4.2 噪声分析

4.3 光电检测的降噪处理

4.4 电路的降噪处理

4.5 光源强度噪声的降噪处理

4.6 光源的相位噪声

4.7 小结

参考文献

第五章 李萨如图形实现微振动测量

5.1 李萨如图形测振原理

5.2 MATLAB软件模拟

5.3 实验装置的总体设计及实验结果

5.4 应用

参考文献

总 结

在读期间参加的科研项目

在读期间发表的文章

致谢