本文關(guān)鍵詞：基于相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制方法研究

  更多相關(guān)文章： 相位調(diào)制 干涉系統(tǒng) 相干噪聲 噪聲抑制 寄生反射

【摘要】：隨著精密加工制造業(yè)的飛速發(fā)展,對精密測量的需求也越來越高。干涉測量憑借自身的原理優(yōu)勢,已經(jīng)成為精密測量中不可或缺的重要部分。然而,由于干涉測量通常采用相干性很強的激光作為光源,這使得相干信號不可避免地受到相干噪聲的影響。因此,如何抑制干涉系統(tǒng)中的相干噪聲,提高相干信號質(zhì)量已經(jīng)成為干涉測量領(lǐng)域中不容忽視的問題。針對上述問題,本課題提出一種基于相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制方法。通過對光源相位調(diào)制,實現(xiàn)光源時間相干性控制。使相干信號處于相干峰的位置,形成相干增強;同時,使相干噪聲處于相干谷的位置,形成相干相消,從而在保證相干信號完好的前提下,實現(xiàn)對相干噪聲的有效抑制。本課題具體內(nèi)容包含以下幾方面:(1)根據(jù)相位調(diào)制理論和波動光學理論,提出了相位調(diào)制生成部分相干光方法,建立了相干系數(shù)的數(shù)學模型,探索相干系數(shù)的相干峰與相干谷的位置規(guī)律。將部分相干光理論應(yīng)用于干涉系統(tǒng)中,建立抑制相干噪聲的數(shù)學模型,導(dǎo)出了抑制相干噪聲的數(shù)學表達式。(2)仿真分析了相干系數(shù)γ以及合成相干系數(shù)γs的變化規(guī)律。其中包括相干系數(shù)γ與調(diào)制深度φm的關(guān)系,寄生光程差OPD與調(diào)制頻率F的關(guān)系,以及合成相干系數(shù)γs與交變調(diào)制深度φm1、φm2及其占空比d的關(guān)系。對于靜態(tài)和動態(tài)的干涉系統(tǒng)以泰曼干涉儀和光柵干涉儀為例,分別分析寄生反射的形成方式,相干噪聲對相干信號的影響,以及相位調(diào)制后相干噪聲的抑制效果。仿真結(jié)果表明,采用相位調(diào)制后,泰曼干涉中相干噪聲抑制率達98.80%,光柵干涉儀中相干噪聲抑制率達81.53%。(3)設(shè)計制作了滿足相位調(diào)制要求的調(diào)制器驅(qū)動源。先從整體分析調(diào)制器驅(qū)動源的參數(shù)要求,再分步設(shè)計制作了射頻信號源模塊,功率放大器模塊,壓控衰減器模塊,以及方波壓控信號模塊等。最終制作完成的調(diào)制器驅(qū)動源能夠滿足2~4GHz的點頻輸出,最大輸出功率為15.51 d Bm,壓控衰減范圍為1.08 d B~13.87 d B,方波壓控信號具備頻率、幅值、占空比以及直流偏置可調(diào)功能。最終設(shè)計制作的調(diào)制器驅(qū)動源滿足相位調(diào)制的參數(shù)要求。(4)搭建實驗平臺,驗證部分相干光理論以及相干噪聲抑制效果。首先,在邁克耳遜干涉儀中驗證了相位調(diào)制生成部分相干光原理的正確性。然后,搭建了相位調(diào)制的泰曼干涉儀和光柵干涉儀,分別驗證了在相干噪聲在靜態(tài)和動態(tài)干涉系統(tǒng)中對相干信號的影響,以及采取相位調(diào)制后相干噪聲抑制效果。實驗結(jié)果表明,采用相位調(diào)制后,泰曼干涉儀中的相干信號條紋得到明顯改善。在等臂情況下,相干噪聲抑制率達50.44%。在不等臂情況下,相干噪聲抑制率達36.82%。綜合仿真分析與實驗結(jié)果表明:本課題提出采用相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制方法是合理且有效的。
【關(guān)鍵詞】：相位調(diào)制 干涉系統(tǒng) 相干噪聲 噪聲抑制 寄生反射
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH744.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題背景及研究目的10-11
• 1.2 相干噪聲抑制方法的研究現(xiàn)狀及分析11-18
• 1.2.1 相干噪聲抑制方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.2 相干噪聲抑制方法總結(jié)與分析17-18
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制原理19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 相位調(diào)制器的工作機理19-23
• 2.2.1 相位調(diào)制的物理基礎(chǔ)19-21
• 2.2.2 光波導(dǎo)相位調(diào)制器21-23
• 2.3 部分相干光生成原理23-26
• 2.4 相干噪聲抑制原理26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 相干噪聲抑制效果的仿真分析29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 相干系數(shù)與合成相干系數(shù)的仿真分析29-33
• 3.2.1 相干系數(shù)的仿真分析29-32
• 3.2.2 合成相干系數(shù)的仿真分析32-33
• 3.3 泰曼干涉儀中相干噪聲抑制效果仿真33-38
• 3.3.1 相位調(diào)制的泰曼干涉儀33-34
• 3.3.2 相干噪聲來源分析34-36
• 3.3.3 相干噪聲抑制效果分析36-38
• 3.4 光柵干涉儀中相干噪聲抑制效果仿真38-41
• 3.4.1 相位調(diào)制的光柵干涉儀38-39
• 3.4.2 相干噪聲來源分析39
• 3.4.3 相干噪聲抑制效果分析39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 相位調(diào)制器驅(qū)動源的電路設(shè)計42-55
• 4.1 引言42
• 4.2 相位調(diào)制器驅(qū)動源的整體設(shè)計42-44
• 4.2.1 相位調(diào)制器驅(qū)動源的技術(shù)要求42-43
• 4.2.2 相位調(diào)制器驅(qū)動源的組成43-44
• 4.3 鎖相環(huán)頻率合成器的電路設(shè)計44-48
• 4.3.1 鑒相器的電路設(shè)計44-46
• 4.3.2 壓控振蕩器的電路設(shè)計46
• 4.3.3 環(huán)路濾波器的電路設(shè)計46-48
• 4.4 功率放大器及微帶線的電路設(shè)計48-51
• 4.4.1 功率放大器的電路設(shè)計48-49
• 4.4.2 射頻微帶線的設(shè)計49-51
• 4.5 壓控衰減器及壓控信號的電路設(shè)計51-54
• 4.5.1 壓控衰減器的電路設(shè)計51-52
• 4.5.2 壓控信號的電路設(shè)計52-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第5章 實驗及結(jié)果分析55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 相位調(diào)制器驅(qū)動源的測試55-61
• 5.2.1 鎖相環(huán)頻率合成器的測試55-57
• 5.2.2 射頻放大器的測試57-59
• 5.2.3 壓控衰減器及壓控信號的測試59-61
• 5.3 部分相干光的驗證實驗61-62
• 5.4 泰曼干涉儀中相干噪聲抑制實驗62-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果74-76
• 致謝76

【參考文獻】

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本文編號：787092