基于PGC解调激光多普勒干涉仪的噪声分析和算法改进研究

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光电子技术作为新一代高新技术,在光通信、激光、微光机电体化、清洁能源和绿色照明工程等众多方面都获得了高速发展。如今,光与其它科技及产业的结合将产生更广泛的边缘学科和新兴产业。激光多普勒干涉技术伴随着激光器的出现而产生,它凭借着高灵敏度、高时空分辨率、非接触等特点,在生产和生活的众多领域发挥着举足轻重的作用。本文以基于PGC解调的激光多普勒干涉仪为基础,通过对干涉仪中各种噪声产生机理的分析,来探寻他们对系统灵敏度和信噪比的影响。之后对PGC解调算法进行了改进,提出了抑制PGC解调算法中幅漂移的振幅绝对值测量方法,并通过干涉光路结合PGC解调方法的实验来验证改进效果。第一章阐述了激光多普勒干涉效应原理,激光多普勒技术的国外发展概况以及常见的几种干涉仪的结构和特点。然后概述了本论文的研究内容,并给出其创新之处。第二章阐述了PGC解调技术原理、相位载波的生成以及双路平衡探测技术原理。初步提出了双路平衡探测技术在消除光源强度噪声的优势。而后介绍了实际应用中,较常见的几种信号解调技术,指出了他们各自的优缺点。第三章在使用双路平衡探测法的激光多普勒干涉仪基础上,详细介绍了干涉仪中各种噪声的产生机理以及他们各自对系统灵敏度的影响。由于拍信号中有调制信号,部分强度噪声残留了下来,对系统的信噪比产生了一定影响。通过理论模拟,特别是散粒噪声和残余强度噪声对系统信噪比的影响,探寻系统的最佳参数配置。第四章基于带相位调制的干涉光路结合PGC解调,提出了一种PGC算法的改进方法,通过算法上的改进,有效地抑制了PGC解调中的幅值漂移,并能够获取待测信号振幅的绝对值。根据实验数据,得出了待测信与振幅与调制电压幅值呈一定的线性关系。实验中对振幅的测量可以达到纳米量级。本论文的创新性在于对基于PGC解调激关多普勒干涉仪中存在的各种噪声进行了分析研究,通过理论模拟,来探寻散粒噪声和残余强度噪声对系统信噪比的影响。对传统PGC解调算法进行了改进,通过实验验证,有效地抑制了PGC解调中的幅值飘移,获取了待测信号振幅的绝对值大小。
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