基于超磁致伸缩材料的光学逆向调制器初步研究

论文摘要

传统的无线光通信系统要求通信的两端必须安装有激光发射机和接收机,一旦两个终端发生相对运动还要安装复杂的跟踪和瞄准系统,大大提高了系统的技术难度。应用光学逆向调制技术的光通信系统采用调制逆向回波进行通信,免去了其中一个终端的跟踪和瞄准系统,减轻了其中一个终端的体积和重量,增加了通信系统应用的灵活性。相对于传统的无线激光通信系统,逆向调制激光通信系统无需对发射端进行精确定位,方向性强、反应速度快、结构简单、视场角大。设计了一种光学逆向调制器,该逆向调制器利用了超磁致伸缩材料的伸缩特性和受抑全反射原理。主要研究内容如下:1.阐明光学逆向调制器在无线激光通信及激光敌我识别系统中的可用之处,介绍了光学逆向调制器的工作原理、分类、技术特点以及国内外的发展动态。2.根据薄膜理论,利用已有的受抑全内反射(FTIR)的理论,绘制出透射率、反射率随棱镜相对间隙、入射角的变化曲线。以受抑全内反射理论为基础,提出了光学逆向调制器的基本方案,介绍了该光学逆向调制器的工作原理。3.在设计方案中利用超磁致伸缩材料作为致动结构,分析了超磁致伸缩材料伸缩机理、控制模型,设计了用于光学逆向调制器的致动器结构,对该结构中的相关技术进行了分析与设计,其中包括对致动器的磁场、预应力与位移的输出系统的分析与设计,并对致动器的工作频率进行了初步计算。4.利用ANSYS有限元分析软件对致动器的磁场分布进行了模拟仿真,仿真结果表明该致动器中的磁场分布能够满足逆向调制器的工作要求。最后设计加工了逆向调制器的结构。5.构建了一个初步的实验系统来验证逆向调制器的致动特性,实验结果表明在0 ~15V电压驱动下,产生位移在0.1μm～1μm区域内,此位移变化量满足受抑全内反射用于调制的条件,证明了基于GMM的光学逆向调制系统设计方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及意义
• 1.2 逆向调制技术及分类
• 1.2.1 棱镜反射型
• 1.2.2 猫眼结构回波调制型
• 1.3 逆向调制技术的国内外研究动态及未来发展趋势
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 逆向调制器的基本方案和工作原理
• 2.1 光强度调制原理
• 2.2 受抑全内反射理论
• 2.2.1 受抑全内反射理论模型
• 2.2.2 计算结果
• 2.2.3 结论
• 2.3 逆向调制器方案及工作原理
• 2.3.1 逆向调制器方案
• 2.3.2 光学调制面的工作原理
• 2.3.3 逆向调制器的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 稀土超磁致伸缩致动器的设计
• 3.1 稀土超磁致伸缩材料简介
• 3.2 稀土超磁致伸缩材料的工作特性
• 3.2.1 伸缩机理
• 3.2.2 控制模型
• 3.2.3 稀土超磁致伸缩器件设计应考虑的问题
• 3.3 稀土超磁致伸缩致动器的工作原理
• 3.4 稀土超磁致伸缩材料致动器结构设计及工作频率的初步计算
• 3.4.1 致动器的结构
• 3.4.2 致动器工作频率的初步计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 致动器电磁特性分析及逆向调制器的设计
• 4.1 超磁致伸缩棒的磁场位移特性
• 4.2 致动器的电磁特性分析
• 4.2.1 有限元分析及软件
• 4.2.2 平面电磁场边值问题的有限元解法
• 4.2.3 稀土超磁致伸缩致动器的磁场有限元分析
• 4.3 逆向调制器结构
• 4.4 本章小结
• 第五章 逆向调制器位移特性实验系统的构建
• 5.1 实验方法
• 5.2 实验原理
• 5.2.1 干涉基本原理
• 5.2.2 致动器位移特性曲线干涉测量实验装置
• 5.2.3 致动器位移特性曲线的傅立叶（FFT）复原方法
• 5.3 实验数据与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果