激光干涉系统噪声及优化分析-noise and optimization analysis of laser interference system.docx

目录摘要4ABSTRACT5第一章绪论71.1引言71.2系统噪声分析81.2.1环境噪声81.2.2光源噪声91.2.2.1光源噪声研究概况91.2.2.2光源噪声起因和形成91.2.2.3光源噪声相关机理和国内外研究趋势111.2.3电路相关噪声151.3本论文主要研究内容15参考文献17第二章光源相位噪声理论模拟与实验研究202.1引言202.2理论分析202.3软件模拟222.4实验分析272.5小结29参考文献30第三章光源相位噪声对干涉传感系统信噪比影响分析313.1前言313.2不同线宽光源相位噪声对比323.3光源相位噪声对干涉系统信噪比的影响343.3.1机理分析343.3.2实验分析34目录3.4小结37参考文献38第四章环境噪声对光纤光源及传感系影响研究394.1前言394.2环境扰动对光纤光源影响的理论分析404.3实验与分析424.4小结46参考文献47总结48在读期间参加的科研项目50在读期间发表的论文50致谢51摘要干涉型激光传感系统由于其具有灵敏度高、动态范围大等特点，自二十世纪70年代以来，日益受到人们的重视，对于其性能的研究也越发深入，特别是对系统相关噪声愈加重视，对噪声的分析与优化研究成为一个重要课题。第一章为绪论，首先简介了干涉型激光传感系统的发展和优点，然后对干涉系统各种噪声的机理分别进行了介绍，最后以光源噪声为重点介绍了国内外发展的趋势和方向，并介绍相关的降噪方法。第二章在已有噪声理论的基础上，对光源相位噪声的原理进行了分析并进行模拟，同时对由光源相位噪声引起的系统噪声变化进行了实验研究。模拟分析表明，一定的频率范围内，在相干条件下，光源相位噪声随着光纤延迟线的增加而呈增幅逐渐变小的增加，非相干条件下，光源相位噪声随着光纤延迟线的增加而呈减幅逐渐变小的减弱，实验和理论分析基本符合，为干涉测量系统的噪声分析与量化提供了一定的指导依据。第三章主要分析光源相位噪声对干涉传感系统信噪比的影响。对比了不同光源以及不同光纤延迟线长度下，光源相位噪声对信号的影响；以窄线宽激光器为光源，利用相位载波零差解调技术，通过在信号臂上改变延迟线的长度，对大光程差干涉系统中光源相位噪声对系统信噪比的影响进行了分析。实验表明，窄线宽光纤激光器光源相位噪声相对较小，但当系统光程差很大时，光源相位噪声对系统信噪比仍有一定的影响。第四章主要内容为环境噪声对干涉系统光源的影响。分析了光纤光源受到环境噪声干扰下，对干涉系统所带来的影响。在光纤激光器腔内，使用PZT加载信号模拟环境扰动，从光源输出功率和频率两个方面综合分析了环境扰动对光源和PGC解调系统的影响，推导出环境扰动作用下系统最终的解调结果，并利用反正切解调算法，一定程度上减弱了环境扰动对光源功率的伴生调幅在PGC解调结果中的影响。关键词：激光干涉传感光源噪声信噪比环境扰动光纤激光器摘要AbstractSincethe1970s,theinterferometriclasersensingsystemisdrawingincreasingattentionbecauseofitshighsensitivity,largedynamicrange,etc,andthefurtherstudyforitsperformanceisdeepened,especiallytheanalysisofitsnoiseistakenseriously.Theanalysisandoptimizationoftheinterferometricsensorsystemnoisehasbecomeanimportantissue.Thefirstchapterisintroduction,firstlyoutliningthedevelopmentandtheadvantagesoflaserinterferometersystem,andthenpresentingtheinterferencesystemnoiserelatedmechanisminpart;Finally,focusingonthenoiseofsource,highlightthetrendsandnewdirectionofdevelopment,anddescribingtherelevantmethodofnoisereduction.ChapterII,basedontheexistingnoisetheory,refiningthetheoryofthephasenoiseinthelasersourceanddoingthesoftwaresimulation,whiletheexperimentalresearchisdoneonsystemnoisecausedbythephasenoise