基于相位調(diào)制的干涉系統(tǒng)相干噪聲抑制方法研究.pdf

1、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，提高相干信號質量已經(jīng)成為干涉測量領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

2、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用于干涉系統(tǒng)中，建立抑制相干噪聲的數(shù)學模型，導出了抑制相干噪聲的數(shù)學表達式。
　　(2)仿真分

3、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的關系，寄生光程差OPD與調(diào)制頻率F的關系，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

4、%。
　　(3)設計制作了滿足相位調(diào)制要求的調(diào)制器驅動源。先從整體分析調(diào)制器驅動源的參數(shù)要求，再分步設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)制器驅動源能夠滿足2~4 GHz的點頻輸出，最大輸出功率為15.51 dBm，壓控衰減范圍為1.08 dB~13.87 dB，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。最終設計制作的調(diào)制器驅動源滿足相位調(diào)制的參數(shù)要求。

5、r>　　(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%。