基于激光回馈效应的应力测量系统研究

玻璃材料的内应力直接影响玻璃零件加工质量和光学器件使用寿命,在航空航天、精密光学系统,精密加工等领域受到高度重视,高灵敏度,大测量范围的应力检测技术已经成为当前的研究热点。本文提出一种基于激光回馈效应的应力测量方法。激光回馈系统由激光器和外部反射镜构成,待测样品放置在回馈外腔中。由于应力引起的双折射效应,带有应力的样品使外腔分裂为两个“物理长度”,不同的外腔长决定了不同偏振方向的回馈光相位,通过提取相位差信息,可获得应力的大小。从理论上分析了回馈系统中激光器的输出光在正交方向的相位与外腔应力双折射的关系；通过傅里叶变换的方式得到双折射外腔激光回馈系统光强调谐曲线的相位信息；最后,采用激光回馈系统对不同的飞机座舱有机玻璃样品内应力进行了测量,并给出测量结果。该方法具有结构简单、精度高的优势,并且具有应用于玻璃材料生产线、改进制备工艺的潜力。     

Nd∶YVO4激光器双折射外腔回馈位移测量系统研究

对在回馈外腔中插入波片产生的激光双折射外腔回馈相位差现象进行理论分析、仿真以及实验验证,基于该相位差现象搭建Nd∶YVO4激光器双折射外腔回馈的位移测量系统,采用条纹细分计数法对该位移测量系统产生的信号进行细分计数,实现位移的精密测量。将Nd∶YVO4激光器双折射外腔回馈位移测量系统与安捷伦干涉仪进行对比,对比结果表明:该系统的分辨率为26.6 nm,量程为14 mm,线性度为6.223×10-5,标准差为0.372 μm。     

正交偏振激光回馈干涉仪稳定性提高方法研究

激光回馈技术灵敏度高,并且无须配合靶镜就能够测量诸如黑色、粗糙的目标的位移或形变。为了消除环境（气压、地基震动、温度漂移等）对测量精度的影响,设计、构建了稳定的微片正交偏振激光器,采用半导体激光器泵浦微片;搭建了包括光学、电路的完整的正交回馈干涉仪系统,系统工作稳定,实现了远距离处测量。这一系统能有效地减小环境对测量的影响,提高激光回馈干涉仪的精度。     

迭层式双折射膜系双频激光器

为了简化双折射双频激光器的结构,减小激光谐振腔的调节难度,增强频差的稳定性,构建了一种以迭层式双折射膜系为双折射元件产生频率分裂的新型双频激光器。迭层式双折射膜系由反射膜、双折射膜和增透膜等层叠组成,不同的膜层独立地完成不同的功能。实验中综合利用横向塞曼效应和He-Ne激光器的腔内双折射效应,获得了约7.5MHz的频差。     

两相对旋转的四分之一波片的激光回馈效应

为解决激光回馈在测量较小双折射元件的相位延迟时存在锁区的问题,研究组合1/4波片在He-Ne激光器回馈外腔中的回馈效应,通过在回馈外腔中放入两片1/4波片,旋转其中一片波片,改变两波片的快慢轴夹角,会产生偏振跳变现象。实验发现,当两波片的快慢轴的夹角改变时,偏振跳变现象一直存在并且跳变点的位置在改变,即组合波片相位延迟可以实现连续变化。当两波片的快慢轴夹角在0°～90°范围内变化时,5次重复实验发现,组合波片的等效相位延迟可从19.79°变化至160.06°,重复测量最大偏差为0.6°,最大标准差为0.25°。组合波片可应用到激光回馈测量微小双折射元件测量当中,作为偏置元件为测量系统调制出所需补偿的相位延迟。     

基于数字化二次曝光干涉的光学元件波前畸变测量

将傅立叶变换条纹分析方法与二次曝光全息干涉计量相结合，提出了数字化二次曝光干涉术，用于测量光学元件引入的波前畸变。文中给出了理论分析，模拟与光学实验结果证实提出的方法具有高精度、快速的波前测量特点，可应用于激光系统中光学元件的波前畸变在线检测。     

激光回馈双折射测量系统波片光轴的自动定位

为了解决传统双折射测量系统在调节光学元件的过程中，结构复杂、耗时长且不状态稳定的问题，采用计算偏振跳变曲线中o光和e光低电平占空比的方法，增加了自动旋转波片的功能，优化出一套具有较高工作效率的双折射测量系统。该系统可自动调整波片快轴方向，使其可对准激光器的本征偏振方向，减少了人为判断波片快轴时可能引入的测量误差。结果表明，波片相位延迟的最大偏差为0.65°，标准差降低28%。双折射测量系统的测量精度及稳定性满足工业化生产的要求。     

高功率激光束特性测量

近几年,固态激光器和光纤激光器在功率和光束质量上都有了长足的进步。连续波基模激光器的输出功率已经达到了数千瓦。将这些高性能的激光束引入实际应用还必须选择合适的光纤、望远镜和会聚光学元件,需要测量系统对相应光束进行标定。本文提出一种基于相机的新型测量系统,可以用于标定1000－1100nm数千瓦激光束的特性。系统HighPowerMSM开辟了直接探测热负载对光学系统性能影响的可能。特别是焦点偏移对材料处理参数有巨大的影响。测量结果直接说明了不同会聚光学系统的变化范围,同时也证实了光学设计中的一些其他限制。     

半导体激光器集成系统自适应性的研究

为了改善大功率半导体激光器的发散角特性,本文对衍射光学元件和半导体激光器组成的新型新小光学系统的自适应性进行了研究。对于红外远距离大功率半导体激光器照明系统,数值结果表明,调节衍射光学元件与半导体激光器之间的间距或选择外加的几何光学透镜参数,可使该系统适用于不同发散角参数的半导体激光器件。     

激光光学系统的一种简易准直方法

叙述一种直线腔固体激光系统,准直的简易而精确的装置。通过使输出的激光束和从光学元件表面反射的光束相重合,在该装置的光源和激光系统中的光学元件表面间获得准直。然后对整个光学系统的每一光学表面均重复此操作,精确调正,因此,完成激光器光学系统所有元件的准直。     

Measure of twist-induced circular birefringence in long single-mode fibers: theory and experiments

Production defects and external perturbations cause standard telecommunication fibers to be randomly birefringent. Fiber birefringence is the origin of the well-known polarization mode dispersion (PMD), which degrades system performances. The knowledge of birefringence properties may be crucial, especially when problems like development of low-PMD fibers or PMD interaction with optical nonlinearities in very high-capacity systems are faced. Some techniques are known to measure birefringence, and useful results have been obtained for both installed and wound-on-drum fibers. However, measurement of the circular component of birefringence still presents difficulties. In this paper, a new method for circular birefringence measurement is proposed that applies to long single-mode twisted fibers. The technique is based on polarization-sensitive optical time-domain reflectometry. Experimental results are in good agreement with the theoretical analysis.     

HeNe激光双折射外腔回馈位移测量仪研究

基于单模激光器的双折射外腔回馈位移测量系统能输出两路回馈条纹信号,且条纹相位差不受回馈外腔长的影响,因此在研制大量程、高分辨位移测量系统方面极具潜力。开展了双折射外腔回馈的相关现象研究,研制了性能优良的位移测量仪器。稳频和回馈外腔扫描技术相结合,进一步提高了系统的频率稳定度（优于10-7）和抗干扰性能力。试验对系统进行了零漂、拍频和比对测试,其量程超过200 mm,分辨率为15.82 nm,线性度优于2.310-7。分析了系统的主要误差来源,估算了总的测量误差为0.21 m。回馈位移测量仪具有结构简单、分辨率高、线性度好以及测量范围大的优点,工业应用前景广阔。     

大气光学湍流廓线探测方法研究进展

激光在大气传输过程中,由于湍流折射率的随机起伏会引起波前畸变、光斑漂移、闪烁等一系列光学湍流效应,因此严重制约了遥感成像系统和激光通信技术的发展.通过分析大气光学湍流对多个领域的影响,指出了探测大气光学湍流廓线的重要意义.要想获取光学湍流的时空分布规律并准确评估光学湍流对光学成像或激光传输系统的影响,就必须对光学湍流进...     

基于偏振混叠的氦氖激光器纳米测尺系统

提出一种基于偏振混叠的氦氖激光器纳米测尺系统,将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂,使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应,使用偏振混叠方法和设定浮动阈值,研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率,与激光干涉仪的比对实验表明,该系统的分辨率为79 nm,量程为20 mm,线性度为5.8×10-5,标准差为520 nm。     

激光回馈半钢化玻璃应力双折射测量技术

为了快速准确地测量半钢化玻璃的应力双折射大小，实时监测产品质量，结合半经典理论与三镜腔理论模型，研究了基于激光回馈效应的半钢化玻璃应力双折射自动测量技术。测量装置由精密光学元件及运动平台组合搭建，由偏振光低电平的占空比自动判断样品主应力方向，测量效率较高; 采用降低输入电压变化梯度的方法，将输出电压控制在较小的范围内波动，提高了压电陶瓷位移稳定性。结果表明，样品应力双折射的大小由调谐曲线上一个偏振跳变周期内偏振跳变点的位置决定，多次测量的最大偏差为6.1nm/cm，标准差低于2.0nm/cm。该技术具有测量周期短、精度高且重复性好等特点，适用于实际生产中。     

分布式光纤传感器开关柜温度监测探讨

阐述了分布式光纤温度传感器的工作原理,根据电力设备温度监测的特点,探讨了用于高压开关柜温度在线监测的传感系统方案。设计了基于全分布式和准分布式光纤传感技术的高压开关柜温度监测系统,比较了不同监测系统的特点,指出了适用于电力系统高压开关柜温度测量的方法。     

基于激光自混合干涉的高精度角度测量方法

针对光学高精度角度测量技术的需求,基于激光自混合干涉技术提出一种高精度角度测量方法。建立了激光自混合干涉技术高精度测量角度的系统模型,利用干涉条纹计数法分析出目标物体具有角度变化时,外腔长度产生的变化量,并通过激光三角法测量原理计算出目标物体旋转的角度,从而构建出精确的角度测量系统。实验结果表明:该测量系统在±0.4°角度范围内测量精度可达(±3.1×10-3)°,具有精度高、速度快等显著优势,是对现有高精度角度测量技术的一种有益补充。     

轴跳动激光相干测量技术研究

转轴的圆跳动对机床的加工性能具有重要影 响。为了满足实时在线的高精度测量需求,提出了一种新颖高效 的轴跳动激光相干测量技术。该技术采用稳定可靠的基于塞曼效应的He-Ne激光器作为 光源,具有灵敏度高、输出信噪比高、精 度高、探测目标作用距离远等优点。另外,通过光纤传输,其测量 灵活性和抗干扰性得到了进一步提高,可以满足实时在线的远距离测量需求。实验 结果表明,该系统的测量不确定度小于0.1%。