LD反馈干涉理论及其在表面轮廓测量中的应用研究

论文题目: LD反馈干涉理论及其在表面轮廓测量中的应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 通信与信息系统

作者: 苏寒松

导师: 鲍振武

关键词: 激光反馈,激光干涉测量,条纹锁定,表面轮廓测量

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 先进而又日趋成熟的激光干涉测量技术已广泛地应用在工业、医疗、通信等很多的领域,尤其是在工业生产中的几何量测量,它具有测量精度高,且多属于非接触无损检测等特点,使它成为重要的检测手段。但这项新技术在实际应用中始终存在着对应用环境要求高的缺陷,比如测量精度受环境振动、温度变化等因素影响,从而限制了它在实际生产中的广泛应用。如何降低激光干涉测量系统对环境的苛求,使其实际应用得以扩展,也就成为激光干涉测量技术应用研究的一个重要课题,具有很高的使用价值。本文首先对一般激光反馈干涉理论进行了理论分析和仿真计算,在我们搭建的LD反馈干涉实验系统上进行了强/弱反馈干涉实验,得出相应的干涉图形和光电输出信号。同时,作为论文的创新点之一,对多外腔反馈干涉系统提出了自己的理论模型,并在后面的实验中利用这一结果,得到了间接的验证。然后论文在分析了近年来出现的激光二极管反馈干涉条纹锁定现象的基础上,对激光二极管光反馈干涉仪的工作机理做了较为深入的理论分析和实验研究,提出了激光反馈干涉系统四镜F-P等效腔的理论模型。进行了理论分析和数学推导,得到了激光二极管反馈干涉系统的激发条件和条纹锁定机理,形成了论文的另一个创新点。通过仿真计算、得出激光波长变化和光程差变化的关系,在泰曼—格林干涉仪进行了实验,观察了激光二极管光反馈的条纹锁定现象,对提出的理论进行了验证分析。这也是论文实验创新的一个内容。最后,简要介绍了表面轮廓测量参数和光学检测方法,重点介绍了激光干涉测量方法在激光反馈干涉实验系统中进行了精细表面物体的表面轮廓测量实验以及抗干扰基本实验,这也是论文另一个实验创新的内容。从而为减少激光干涉测量技术对环境苛求的依赖提出了一个有实用价值的新方法。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章概述

1.1 激光干涉测量技术

1.2 激光反馈干涉技术的发展

1.2.1 激光反馈干涉技术

1.2.2 半导体激光反馈干涉技术

1.3 论文的主要工作

第二章激光反馈干涉技术的基本理论研究

2.1 激光反馈干涉研究进展

2.2 本章节的研究内容

2.3 激光反馈干涉原理

2.3.1 工作原理

2.3.2 激光反馈干涉理论模型

2.3.3 激光反馈干涉的仿真

2.3.4 多外腔反馈干涉理论

2.4 半导体激光反馈干涉的实验系统

2.4.1 半导体激光光源

2.4.2 半导体激光反馈干涉技术基本理论实验光路

2.4.3 PZT驱动系统

2.4.4 激光反馈干涉技术的基本理论实验研究

2.5 激光反馈干涉的特点

2.6 激光反馈干涉技术的应用研究

2.6.1 速度测量

2.6.2 绝对距离测量

2.6.3 位移测量

2.7 小节

第三章 LD干涉仪条纹锁定现象的理论和实验研究

3.1 引言

3.1.1 激光干涉条纹锁定电反馈方案

3.1.2 激光干涉条纹锁定光反馈技术的研究

3.2 LD干涉仪光反馈干涉及条纹锁定理论分析

3.2.1 建立理论模型

3.2.2 激发谐振波长的仿真

3.2.3 条纹(相位)锁定分析

3.3 LD干涉仪实验系统构建及实验

3.3.1 光学系统

3.3.2 光电处理与成像系统

3.3.3 LD干涉仪基本工作原理

3.4 泰曼—格林LD反馈干涉仪条纹锁定实验

3.4.1 实验方案

3.4.2 传统干涉信号的观察

3.4.3 反馈干涉信号的观察

3.4.4 波长与光程差的变化关系

3.4.5 振动强度的范围

3.5 条纹锁定现象的应用前景

3.6 小结

第四章激光干涉仪精细表面粗糙度测量的研究

4.1 表面轮廓测量的基本参数

4.1.1 粗糙度评定标准

4.1.2 表面粗糙度评定参数

4.2 表面粗糙度光学检测方法

4.3 光干涉表面轮廓参数测量理论与实验

4.3.1 激光干涉仪基本工作原理

4.3.2 LD泰曼—格林干涉仪进行表面轮廓测量原理

4.3.3 干涉仪反射镜表面轮廓测量试验

4.4 小结

第五章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

发布时间: 2006-05-24

LD反馈干涉理论及其在表面轮廓测量中的应用研究

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