高速回转机械扭转振动测量的研究

讨论了高速大型回转机械扭转振动测量的特点及其对测量系统的要求，针对这些要求，提出一种新型激光多普勒扭转振动测量方法。     

辨向激光光栅测振仪的研究

文中讨论激光多普勒技术的双相检测辨向方法,计算了单周期矩形相位光栅的衍射光强分布,比较了光栅常数相同的矩形相位光栅和振幅光栅的衍射效率。实验研究了一种利用双相检测法辨向的、以单周期矩形相位光栅作光束结合器的激光光栅测振仪系统。介绍了仪器的工作原理和信号处理方法,给出部分实验结果,实验结果与理论分析相吻合。     

基于激光多普勒效应的轴系振动综合测量

为了实现轴系的实时综合振动测量,提出了一种基于激光多普勒效应的能同时测量轴系弯曲振动与扭转振动的方法.设计了能分离轴系瞬时转速与其截面弯曲振动的多普勒外差干涉光路;针对弯扭振动特性搭建了相应地测试平台,并对贴在轴系上不同反光膜对多普勒频移影响进行了测试与对比,分析了微棱镜与玻璃微珠回归反射特性对轴系空间振动的影响;最后,在轴系表面采用回归反射强度特性显著的玻璃微珠反光膜,以削弱动态反射表面对多普勒效应的影响.针对数控立式铣床的切削转轴进行了相应的测量,结合设定的转速进行对比分析,结果表明:该原理可实现对轴系瞬时转速的波动与弯曲振动实时精确测量,其线速度的测量偏差小于±0.5 mm/s,可满足高速旋转状态下的轴系振动综合测量.     

利用激光多普勒外差原理对振动物体测量及分析

为了测量低频振动物体频率和振幅,采用激光多普勒测量和外差相干检测方法,建立一个利用激光外差干涉技术测量多普勒效应的实验,进行了理论分析和实验验证,取得了频率标准偏差数据。结果表明,系统检测物体振动频率,并对振源频率500Hz进行测量并且验证有效性,测量标准偏差小于5.610-8;系统信号探测强度和物体振幅呈线性关系,证明随压电陶瓷电压降低探测振幅强度减小。这一结果对了解振动目标特性是有帮助的。     

利用单光栅多普勒效应测量微小振动

本文介绍了利用单光栅多普勒效应测量微小振动的原理和设计。利用对称入射的互相干光束照射在光栅的相同位置,通过调节使互相干光束的入射角等于光栅的一级衍射角,当光栅发生振动时,产生较高频率的光拍信号,通过对光拍信号的光电检测,能够精确地测量光栅的微小振动参数,进而测量出物体的微小的振动情况,有利应用于高精度仪器生产、材料检测、工程检测中等领域。     

基于激光多普勒效应的地面设备振动监测系统

对常见的几种振动监测方法进行了比较, 阐述了激光多普勒技术用于振动监测的基本原理, 设计了并研发了用于发射场小型地面设备振动监测的激光多普勒测振仪。以高精度PDV100型测振仪为对比, 并模拟小型地面设备低频、中频、高频的振动特性, 重点测量了其频率、振幅两个特征参数。实验结果表明, 自研测振仪对振动频率测量值的相对误差能够控制在0.4%以内, 对振幅的测量能够达到1 m量级, 满足发射场小型地面设备振动监测的需求。     

激光多普勒测振仪对激光陀螺动态特性测试分析

为了研究激光陀螺动态响应的幅频特性,提出了一种利用激光多普勒测振仪对激光陀螺幅频特性测试的方法。由于激光陀螺角振动测量属于接触式测量,测量结果易受被测物体振动频率的影响,因此对其幅频特性的研究具有重要意义。实验中利用压电式角振动台产生正弦激励信号,通过比较激光陀螺和激光多普勒测振仪对角振动台角振幅的测量值,得到激光陀螺幅频特性曲线。实验结果表明:在角振动频率低于300 Hz时,激光陀螺测量值准确;角振动频率较高时,由于机械结构传递特性影响将导致激光陀螺对角振动台振幅测量失真。     

双频激光多谱勒扭转振动测试仪的研究

首先阐述了高速大型回转机械扭转振动的特点及其对测量系统的要求，接着介双频激光多谱勒扭转振动测试仪的测量原理，最后给出实验结果。     

倒置差动式激光多普勒光栅检波系统

为了解决物体微小位移或微小振动的超低频高精度检测与装调间的矛盾,提出一种倒置差动式4f激光多普勒光栅检波系统。它利用两个相位光栅分别实现频移和混频,提高了位移测量精度;且采用4f结构,提高了空间相干性,使装调更为方便;增设λ/4波片、沃拉斯顿棱镜并与差动放大器结合,不仅得到识别位移方向的正弦、余弦信号,而且将±1,±3级衍射光能量都充分利用,使多普勒信号强度和信噪比更高。     

光栅多普勒纳米干涉仪

用横向塞曼激光作光源构成的 Dammann光栅多普勒干涉仪有利于降低热膨胀影响 ,测量过程中干涉臂长不变、便于克服折射率漂移 ,具有 0 .7nm分辨率。分析了光栅退偏效应的影响 ,与差动双频激光干涉仪进行了比对。实验结果表明 ,光栅间距光学 8细分等间隔 ,当光栅栅距为 2 0μm时其测量非线性误差不超过 2 5nm。     

用二维正弦相位光栅实现阵列激光相干并束

相干并束是获得高功率激光束的一种有效方法,特殊设计的二维正弦相位光栅是一种较好的并束元件。介绍了二维正弦相位光栅并束的设计方案,计算表明,在3×3和4×4分束时分束效率分别为81.1%和73.1%,与常用的达曼光栅相比分别提高37%和26.9%。对正弦相位光栅的制作和误差分析表明,并束效率存在极大值,给光栅的制作带来较大的误差宽容度,分束与并束在光栅表面的光场存在一定差别。如果仅用于并束,并束效率还有提高的可能。     

一种用于结构光三维测量的空间标定方法

提出了一种全空间标定方法,可用于快速高精度 的三维测量。液晶屏作为标准平面显 示二维光栅以及被投射一维光栅,通过固定在平移台上在测量空间Z方向进行 移动,相机抓 拍光栅,计算截断相位后,建立截断相位和三维空间的坐标关系。通过改变光栅频率可实现 空间尺寸的标定,从而实现全空间的标定。测量时,计算出截断相位,通过查表索引可快速 得到物体的空间坐标信息。搭建了标定系统,并用测量实验验证了标定算法的有效性。     

基于正交双频光栅投影的在线三维检测

提出一种用于在线三维检测的正交双频光栅。光栅在原单频条纹正交方向引入一高频条纹,用于提取调制度信息,完成检测过程中的像素匹配。解决了测量中像素匹配和相位计算对光栅频率要求不同的问题。同时高频条纹的引入不影响低频条纹求解相位,在相位求解过程中无需滤除高频条纹,避免了频谱滤波对相位精度的影响。模拟和实验均验证了所提方法的有效性。     

干涉条纹相位变化对平面全息光栅曝光的影响

为更好地评价平面全息光栅曝光系统的性能,了解干涉条纹相位变化对光栅制作的影响,基于曝光量表达式,结合光栅掩模槽形二元模型,采用理论分析和数值计算的方法,分析了条纹相位变化对曝光对比度、光栅掩模槽形和曝光量相位的影响。各种形式的干涉条纹低频漂移均会降低曝光对比度,导致掩模槽形的可控性下降,其影响具有一致性;为保证曝光对比度达到0.95,低频漂移均方根值应控制在0.05个条纹周期以内;小幅值高频振动对光栅曝光的影响可以忽略;低频漂移造成的曝光量相位误差不影响光栅的衍射特性。结果表明,为获取合格的光栅掩模,应控制光刻胶非线性和曝光量的匹配关系,并将干涉条纹低频漂移均方根值控制在1/20条纹周期以内。可将其作为评价全息光栅曝光系统稳定性的重要指标。     

原子介质中的近共振增益光栅

研究了一种N型四能级原子结构中的近共振增益光栅(NRGG)效应。结果表明,当耦合场的失谐值为0,探测场和调制场的失谐值接近于0时,利用调制场和耦合场可以调控探测场的增益和相位,使得探测场的能量和高阶衍射效率都得到显著提高。在这个过程中,调制场强度存在阈值。获得了具有增益高、衍射能力强和阈值可控的光栅,该光栅在全光开关、全光逻辑门和全光调制等应用中将会发挥较大的作用。     

Coherent homodyne optical communication receivers withphotorefractive optical beam combiners

The principles of operation and the results of performance measurements are reported of a new type of coherent optical receiver that used a dynamic volume index of refraction grating formed inside a photorefractive material to coherently combine signal and local oscillator light prior to photodetection. Because the refractive index grating is formed by the interference pattern generated where mutually coherent optical beams overlap, the receiver can automatically adjust to changes in angle of arrival or optical wavefront profiles which occur on time scales longer than the grating formation time. The grating appears stationary to high-speed phase modulation imposed on the signal beam and coherently diffracts local oscillator light into the signal beam direction. Performance measurements are reported for a prototype system that used two independent Nd:YAG lasers at 1.064 μm, an iron-doped indium phosphide photorefractive crystal, and a four-slot phase modulation signal format. A receiver BER of 10^-6 was obtained at received signal powers that corresponded to an average of 70 detected signal photons per bit at a source data rate of 50 Mb/s, 130 detected signal photons/bit at 220 Mb/s, and about 400 detected signal photons/bit at a 325 Mb/s source data rate. Quantum-limited operation corresponds to an average of six detected signal photons per transmitted information bit for this signal format     

增益光栅在全息激光振荡器中的应用

增益光栅作为一种动态衍射元件,可构成一种环形腔,只需一束光波即可形成光栅并产生位相共轭波,因此该现象被称为自泵位相共轭(SPPC)。SPPC环形谐振腔具有修正位相失真的功能。由于其具有远大于1的反射率,用一个部分反射器取代输入光束,则系统就成为自启动的。在增益介质中写入体积增益光栅可用于高功率激光系统中光束质量的控制。本文综述了增益光栅的瞬态动力学特性和频谱滤波特性以及各种类型光栅在自启动全息激光振荡器中的贡献。     

Analysis of metal-interlaced-grating vertical-cavitysurface-emitting lasers using the modal method by modal expansion

It is analyzed by the modal method by modal expansion (MMME) that the strong polarization discrimination of a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) can be effectively obtained by using the metal-interlaced grating on the topmost layer of the VCSEL. The MMME is used to overcome the problems coming from the large permittivity discontinuities at GaAs-Al-air-Al interfaces. The analyses predict the correct direction of dominant polarization and the mode-suppression ratio. The calculated transmission efficiencies explain the characteristics of the VCSEL's below threshold. It is found that the difference in phase and amplitude between the two orthogonal polarization generated by the grating plays important roles for the selection of a dominant polarization through mirror reflectivities and mirror losses. In addition, the influence of various thin metal layers on polarization stabilization is demonstrated     

向列液晶中的光控永久光栅

液晶中的光折变光栅在数据存储、实时全息术、干涉测量、光放大、相位共轭、光学图像处理和光束操控等领域具有潜在的应用价值。通过二波耦合的方法在掺C60的向列液晶中记录了永久光栅，该光栅的衍射特性能够被外加直流电场或以任意角度入射的、与记录光强度相当的一束平面光波控制。为了进一步了解光栅建立的机制，研究了在恒定外加直流电场下的电流动态过程，从而证明该光栅源于表面电荷的光调制。