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掺铒光纤激光自混合散斑与正交偏振散斑的传感研究

作　者: 郭雅群
导　师: 马力
学　校: 南昌大学
专　业: 应用化学
关键词: 掺铒光纤激光器自混合散斑干涉正交偏振散斑速度传感方向判断 MATLAB
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光自混合散斑干涉将传统的散斑与激光自混合干涉相结合,是指激光照射到粗糙物体表面的光返回激光腔内,与腔内光混合干涉,形成散斑外光学反馈效应。通过分析由激光器和被测物表面构成的外谐振腔产生的自混合散斑信号,可以确定物体的状态。另外,在研究正交偏振散斑干涉的过程中,引入了参考光和信号光。信号光携带外界信息后返回激光器,再与参考光混合干涉。通过探测混合后的正交散斑信号,可以得到一些方向的信息。相对于传统的散斑干涉,光纤激光传感光路结构更简单紧凑、易调节；它是近年来发展起来的一种新型的散斑测量技术,且有望发展成为新一代有源传感技术,和现在正发展的物联网时代接轨。本文首先以掺铒光纤激光器为研究对象,将环形掺铒光纤激光自混合散斑系统应用在液体表面速度传感,且从理论上推导了自混合散斑信号调制激光输出的表达式。其次,在粗糙物体运动方向判断方面,构建了正交偏振散斑传感模型,理论上探讨了该模型中的正交散斑信号,并用MATLAB进行数值模拟,得到正交偏振散斑相位变化与物体运动方向的关系。将该系统全光纤化,构建了环形掺铒光纤激光正交偏振散斑传感实验模型。最后,搭建了两套实验系统。运用其中一套,我们研究了液体表面速度传感；在不同速度等级下采集自混合散斑信号得到数据；然后用三种方法对数据进行处理,得到液体表面运动速度与处理结果的线性关系,在此基础上分析了它们的测量精度和可靠性。在第一套系统中加入偏振控制元件,从而能够控制信号光和参考光的偏振态,得到第二套实验系统。偏振分量探测器探测正交散斑信号,分析和探究了正交散斑信号相位和物体运动方向的关系。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章前言  8-12
  1.1 研究背景和选题依据  8-9
  1.2 课题来源和研究意义  9-10
  1.3 论文的主要内容  10-12
第二章光纤激光自混合散斑  12-21
  2.1 激光自混合散斑  12-14
    2.1.1 激光自混合散斑理论  12-13
    2.1.2 激光自混合散斑主要应用  13-14
  2.2 光纤激光器自混合散斑传感  14-21
    2.2.1 环形掺铒光纤激光器  15-18
    2.2.3 环形掺铒光纤激光自混合散斑传感系统  18-21
第三章正交偏振散斑干涉理论分析  21-35
  3.1 偏振理论  21-24
    3.1.1 偏振光的分类和描述  21-22
    3.1.2 偏振器件  22-24
  3.2 正交偏振散斑干涉速度探测系统  24-32
    3.2.1 正交偏振散斑数值模拟  25-32
  3.3 掺铒光纤激光正交偏振激光散斑传感  32-35
第四章环形掺铒光纤激光传感实验研究  35-49
  4.1 环形掺铒激光自混合散斑动态测量  35-43
    4.1.1 自混合散斑动态测量实验系统  35-36
    4.1.2 自混合散斑实验装置  36-37
    4.1.3 自混合散斑动态测量实验及信号分析  37-43
  4.2 环形掺铒光纤激光正交偏振散斑实验  43-49
    4.2.1 正交偏振散斑实验系统  43-44
    4.2.2 正交偏振散斑测量信号采集和分析  44-49
第五章总结与展望  49-51
  5.1 课题总结  49-50
  5.2 展望  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
附录Ⅰ  56-58
附录Ⅱ  58-60
攻读学位期间的研究成果  60

掺铒光纤激光自混合散斑与正交偏振散斑的传感研究

内容摘要

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