【摘 要】
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激光自混合干涉(Self-Mixing Interference，SMI)测量是一种新兴的精密光电测量技术。其测量系统结构简单、紧凑、易准直、易于小型化、造价低廉，解决了传统干涉仪需要双光路、
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激光自混合干涉(Self-Mixing Interference，SMI)测量是一种新兴的精密光电测量技术。其测量系统结构简单、紧凑、易准直、易于小型化、造价低廉，解决了传统干涉仪需要双光路、构造复杂、体积庞大、敏感于准直以及价格昂贵等问题，在很多应用场合可以取代传统干涉仪广泛应用于位移、距离、速度、振动等物理量的测量。 本文对激光自混合动态测试关键技术进行了理论及试验研究，主要涉及以下研究内容: (1)激光自混合干涉机理的理论研究。基于三镜腔模型和Lang-Kobayashi方程，建立了弱光反馈模型，在此基础上建立了适用于弱光反馈、中等强度光反馈以及光纤耦合激光SMI测量系统的统一模型。 (2)激光自混合干涉机理的数值模拟研究。通过数值模拟分析讨论了激光自混合干涉测量系统的基本特性，包括相位灵敏度、频谱宽度、单模条件、模型参数分析以及反射体在正弦波、方波、锯齿波调制情况下激光器输出信号的特点，验证了理论研究的相关结果。 (3)激光自混合动态测试系统的构建。设计了激光自混合动态测试系统，对系统结构及其关键性能影响参数进行了详细的讨论，试验观察到了物体在不同运动情况下的自混合干涉现象，得到了性能比较理想的激光自混合动态测试系统原理样机。 (4)激光自混合干涉在位移测量中的应用研究。提出了基于内调制的FFT相位提取的信号处理方法，数值仿真及试验研究表明该方法能够有效提取物体的微小位移，测量精度能够达到nm量级。 (5)激光自混合干涉在速度测量中的应用研究。对测速精度、测速上限及方向辨别等指标进行了分析。分析表明测速精度受频率展宽、激光器模式、散斑效应等因素的影响;测速上限受激光器弛豫谐振频率的限制;输出信号的波形发生倾斜是由于谐波的影响。对物体在匀速运动、匀变速运动以及时变运动情况下的信号处理方法进行了仿真及试验研究。
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