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一种新的双频激光多普勒测速方法研究

作　者: 张艳艳
导　师: 霍玉晶
学　校: 清华大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 激光多普勒测速高速度测量双频激光全固态激光器
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

激光多普勒测速仪以其非接触测量、空间分辨率高、响应速度快等优点,在很多领域得到广泛应用。已有的单频激光多普勒测速仪存在直流漂移,对测试环境敏感,应用受限;外差式双频激光多普勒测速仪优于单频激光多普勒测速仪,不存在直流漂移的问题,具有高的信噪比,抗干扰能力强。但是,它的最大测量速度受限于双频激光器的频差,最高测速一般在1000mm/s以下,不能够满足目前对高速运动物体进行速度测量的需求。针对已有的激光多普勒测速仪存在的问题,本文提出了一种新的双频激光多普勒测速方法。不同于已有的外差式双频激光测速仪采用偏振方向相互垂直的线偏振双频激光作为光源,仅采用其中的一个频率探测和传感速度信息,这种新的测速方法采用同偏振的线偏振双频激光器作为光源,并使这两个频率的线偏振光同时探测和传感速度信息,可以有效提高测速上限。根据新的双频激光多普勒测速方法对光源的需求,本文设计并实现了一种新型的Nd:YVO4双频激光器。可根据具体的测速需求,通过选择不同的激光器腔长来获取所需的频差,频差在500MHz-200GHz范围内可调。为了验证新的测速方法的可行性,在实验室建立了新型双频激光多普勒测速系统。实验结果表明,这种测速方法可以实现对高速运动物体速度的较高精度测量,测量误差在2%以内,能够大大提高测速上限。因此,这种新方法在高速速度测量领域具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章引言  7-17
  1.1 课题研究背景及意义  7-16
    1.1.1 已有的单频激光多普勒测速仪  7-14
    1.1.2 已有的外差式双频激光多普勒测速仪  14-16
  1.2 论文主要工作  16-17
第2章新的双频激光多普勒测速方法研究  17-28
  2.1 激光的多普勒效应  17-19
  2.2 光学外差探测  19-25
  2.3 新的双频激光多普勒测速方法原理  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 Nd:YVO_4双频激光器的研究  28-45
  3.1 已有的双频激光器  28-40
  3.2 Nd:YVO_4 双频激光器  40-44
    3.2.1 Nd:YVO_4 双频激光器的基本原理  41-42
    3.2.2 观察Nd:YVO_4 双频激光器模式的实验  42-44
  3.3 本章小结  44-45
第4章新的双频激光多普勒测速方法的实验研究  45-56
  4.1 光电探测器的选择  45-48
    4.1.1 光电探测器的量子效率  45
    4.1.2 光电探测器的响应度  45-46
    4.1.3 光电探测器的光谱响应  46
    4.1.4 光电探测器的响应时间  46
    4.1.5 光电探测器的频率响应  46-47
    4.1.6 光电探测器的噪声等效功率  47
    4.1.7 光电探测器的暗电流噪声  47-48
  4.2 宽带放大器的选择  48-49
  4.3 待测高速运动物体的选择  49-50
  4.4 测速实验装置与实验结果  50-55
    4.4.1 采用双纵模He-Ne 激光器作为光源的测速实验  51-53
    4.4.2 采用Nd:YVO_4 双频激光器作为光源的测速实验  53-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章结论与研究展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  62

一种新的双频激光多普勒测速方法研究

内容摘要

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