【摘 要】
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随着现代科学技术的飞速发展,许多领域对于实现位移振动精准测量的要求日益提高。激光自混合干涉(SMI)技术作为一项新兴的非接触式精密测量技术,其系统具有单光路结构、易准直、灵敏度高且可判别方向等优点,备受研究人员青睐,成为高精度和宽量程位移振动测量的重要手段。本文简要介绍了 SMI的历史背景、概念及特点,系统地阐述了 SMI的理论研究进展及其应用进展。同时,基于F-P三镜腔等效模型,推导并建立了 S
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随着现代科学技术的飞速发展,许多领域对于实现位移振动精准测量的要求日益提高。激光自混合干涉(SMI)技术作为一项新兴的非接触式精密测量技术,其系统具有单光路结构、易准直、灵敏度高且可判别方向等优点,备受研究人员青睐,成为高精度和宽量程位移振动测量的重要手段。本文简要介绍了 SMI的历史背景、概念及特点,系统地阐述了 SMI的理论研究进展及其应用进展。同时,基于F-P三镜腔等效模型,推导并建立了 SMI的数学模型,利用MATLAB软件仿真分析并总结了系统模型参数对激光输出特性的影响。紧接着,搭建了以半导体激光器为光源的振动测量系统,将压电陶瓷器(PZT)作为外部被测目标物进行实验研究,以验证理论仿真的正确性。在上述研究内容基础上,本文有效的结合了多次反射技术与传统的相位调制技术,提出了一种新型的透射式相位调制方法用以改善传统SMI系统的性能。通过一系列仿真及实验证明,在传统的相位调制系统中引入多次反射技术,进一步提高了系统的测量精度,通过增加反射次数,实现了远小于λ/2的微位移重构,从而拓宽了系统的测量范围。实验中成功地实现了振幅为44nm振动的重构,重构误差为2.1 nm。此外,本文还提出了一种基于反射式相位调制(RPM)方法的新型自混合干涉仪,用于实现纳米级的微位移重构。该系统采用高频振动的反射镜作为相位调制器件,同时用其实现多次反射,使SMI信号的谐波谱展宽,进而获得可扩展的精度。仿真结果表明,随着反射次数的增加,重构误差会相应地减小。在不同振幅下的一系列实验表明,该方法的重构误差均小于10 nm。在振幅为229 nm时,测得的误差为3 nm,展现了该方法的技术优势和高性能。
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