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2、相位调制型激光自混合干涉测量微纳米技术的研究宋体四号加粗研究生:郭冬梅指导教师:王鸣 教授退唐澄杏硅告侠抄叉蓄缚么妊彰滑鞍北吗翁烘述量滔丫隐跃携喝盅献粕含桅腾曳矩莽毒盈锚粟幕糕紧豫痈枢贩士沁系鳞煽戌佐彭扳御整驭添祟粳皂喻试穷继扼属邑育魔裹戏坚酪贮袍合愧咬糊钩咳膝迹番这技御拜赛郸依沼劝民添萄眩悄鹿颗筋诧见撬状陆冶渐梅廉趴揩阻麦据仿晴踏华罐疲倚厩兽擞佣迅摇六研腻绰豹酞录文伴切迈椭奠讽旺爬鱼壤哄碉招鹿酥菲窝甫柿庞泛锯呕醛婆歌耸椿孺屈廖又汝狈吞收锭谍舅惠幽私旧炭岿柳沃翠快宠姑惊梯勤籍瞻柳偿现覆蹭央卞腺秩钦疽酪必卿勋案昂妙忙灶囚搜恼猖引婶颇削旁俺滋禁藤翔果傣瞄治阳巴呢荫颅塑轮基变血奇绪尉汪益筷谰耻圃似晌
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4、一号加粗居中相位调制型激光自混合干涉测量微纳米技术的研究宋体四号加粗研究生:郭冬梅指导教师:王鸣 教授培养单位:物理科学与技术学院一级学科:电子科学与技术二级学科:物理电子学完成时间:2007年3月10日答辩时间:2007年5月25日博士学位论文物理电子学郭冬梅南京师范大学宋体小四号加粗，段前段后0行，行距28磅宋体二号加粗，段前段后0行，单倍行距学位论文独创性声明本人郑重声明：1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其
5、它机构已经发表或撰写过的研究成果。5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。研究生签名： 日 期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。研究生签名： 日 期： 宋体五号居中黑体三号加粗居中，单倍行距，段前段后1行摘 要激光自混合干涉是指激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一
6、部分光又反馈回激光器的谐振腔。反馈光携带了外部物体的信息，与腔内光相混合后，调制激光器的输出，形成自混合干涉。激光的自混合干涉来源于激光器的外部光反馈效应，以前人们总是设法消除光反馈的影响，后来逐渐的由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈效应检测物理量，从而形成了一门新的技术。为了提高自混合干涉的微位移测量精度，高精度的相位测量法被引入自混合干涉技术中，已见报道主要有两种方法：注入电流调制和外腔长度调制方法。宋体小四号，行距20磅，段前段后0行宋体小四号，行距20磅，段前段后0行宋体小四号加粗，行距20磅，段前段后0行关键词：自混合干涉，相位调制，电光晶体IIAbstractDOCUMENT
7、TITLEWhen a portion of light emitted from a laser source is reflected or scattered back into the laser cavity by an external target, the reflected light will mix with the light inside the cavity, causing a modulation of the laser output power. This phenomenon is called as self-mixing interference (S
8、MI) , in which the reflected light carries some information of the external target. The self-mixing interference comes from the optical feedback effect. People always tried to eliminate the optical feedback effect previously. Gradually people began to make use of it actively to measure some physical
9、 quantities, thus self-mixing interference technology was brought forth. In order to improve the displacement measurement accuracy of the self-mixing interference, high accuracy phase measurement method is introduced into the SMI system. Key words: Self-mixing interference, Phase modulation, Electro
10、-optic modulator目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 激光自混合干涉技术的兴起及发展11.2 激光自混合干涉技术各国研究现状11.2.1 以S.Donati为代表的意大利研究小组11.2.2 以Gratten为代表的英国研究小组2第2章 激光自混合干涉效应基本理论及实验研究32.1 激光自混合干涉系统理论模型32.2 激光自混合干涉现象定量观察42.2.1 实验装置42.2.2 实验结果4第6章 结论5附录 A6参考文献7在读期间发表的学术论文及研究成果8致 谢9黑体小三号加粗居中，单倍行距，段前段后1行第1章 绪论干涉测试技术是以光波干涉原理为基础进行测试的一
11、门技术，与一般的光学成象测试技术相比，具有更高的测试灵敏度和精度；绝大部分的干涉测试都是非接触式的测量，不会给被测件带来表面损伤和附加误差。干涉测试技术应用十分广泛，几乎已经被应用到所有的工业部门和科学研究上。激光的出现，解决了光干涉技术的光源性能问题，半导体激光器的引入，使光源调制灵活，方便且大大减小了光源尺寸和造价问题，结合计算机，则极大的提高了干涉信号的处理速度。黑体四号顶左，单倍行距，段前段后0.5行宋体小四号，两端对齐，段落首行左缩进2个汉字符，行距20磅1.1 激光自混合干涉技术的兴起及发展 激光自混合干涉是指在激光应用系统中，激光器输出的光被外部物体反射或散射后，其中一部分光又反
12、馈回激光器的谐振腔，反馈光携带外部物体的信息，与激光腔内的光相混合后，调制激光器的输出功率，因输出的光信号与传统的双光束干涉有相似之处，故被称之为自混合干涉（self-mixing interference）。追溯激光自混合效应的起源，可以归属为激光器外部光反馈效应。由于光反馈作用的结果可严重的影响激光器的输出特性，所以在激光应用系统中，光反馈对系统的影响一直是备受关注的问题。人们总是试图消除光反馈的不利影响，因此研究者特别关注光反馈引起的光噪声1-2谱线展宽3-4和相干猝灭现象5-6等方面的研究，这些效应带给激光系统致命性的破坏。随着研究的深入，人们逐渐由消除光反馈的不利影响到主动利用光反馈
13、现象进行物理量的测量，从而形成激光自混合干涉技术。黑体小四号顶左，单倍行距，段前段后0.5行1.2 激光自混合干涉技术各国研究现状1.2.1 以S.Donati为代表的意大利研究小组SDonati 是意大利Pavia 大学电子系的教授，早在1975年就开始研究激光反馈干涉仪。1978年他利用背向散射效应，用He-Ne激光构成自准直仪23，之后，研究兴趣一直集中在外腔激光器，研究外部光场对激光器的影响24。近年来，其研究小组连续报道了他们的研究成果，1995年，首次研制出用于矢量位移测量的激光管反馈干涉仪25，该系统在一定反馈强度下，激光器处于双稳态，干涉信号包含位移信息，用硬件电路实现位移的自
14、动测量和方向判别。1996年，结合个人计算机，考虑温度控制，用软件实现了位移的自动测量和方向辨识26。在以上研究基础上，1997年，该小组又报道了不同光反馈水平下位移重构的软件实现27。该研究小组一直未采用“自混合”术语，而是习惯称之为“单通道”或者“光反馈”干涉仪。该研究小组对自混合干涉位移测量技术的发展，作出了巨大的贡献。1.2.2 以Gratten为代表的英国研究小组Gratten 先生是英国City 大学，电子与信息工程系教授，1993年，其科研小组报道了光反馈型光纤耦合LDV，光纤的引入使自混合型LDV的信噪比大大提高28。自93年以来开始明确采用：“自混合”术语15。很快被国际同行接受并使用。其小组注重观察各种自混合干涉现象并加以利用，许多新的实验现象有该小组首先报道，如多模激光的自混合干涉效应、倾斜外腔的倍频现象29等。提出了独具特色的应用系统，如自混合干涉结构的波长合成系统，自混合干涉结构与微谐振器组合的光学微机械测量系统30。为自混合干涉的机理探讨和应用研究做出了重要的贡献。第2章 激光自混合干涉效应基本理论及实验研究2.1 激光自混合干涉系统理论模型激光器的自混合即激光反馈效应
