低頻零差激光干涉測振非線性分析與補(bǔ)償技術(shù).pdf

1、零差激光干涉測振技術(shù)是低頻振動校準(zhǔn)等領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)。零差激光干涉測振過程中產(chǎn)生的非線性誤差是制約測量精度和性能進(jìn)一步提高最主要的因素之一。傳統(tǒng)的零差激光干涉測振光路中存在偏振泄漏和偏振混疊現(xiàn)象，非線性誤差顯著。且光路中可調(diào)整器件過多，光路調(diào)節(jié)困難，多個可調(diào)整器件的旋轉(zhuǎn)角度偏差均會引入顯著的非正交誤差。在后續(xù)的信號處理過程中，數(shù)學(xué)關(guān)系簡單、具有較好實時性的非線性誤差補(bǔ)償方法多針對直流偏置誤差和不等幅誤差，實現(xiàn)非正交誤差的補(bǔ)償較為困難。

2、因此，零差激光干涉測振中的非線性誤差補(bǔ)償技術(shù)是低頻振動校準(zhǔn)等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。
　　本論文“低頻零差激光干涉測振非線性分析與補(bǔ)償技術(shù)”針對傳統(tǒng)零差激光測振光路非線性誤差顯著、非正交誤差難以實時補(bǔ)償?shù)葐栴}，在深入分析光路中非理想器件的特性及傳統(tǒng)基于偏振分光的零差激光干涉測振光路非線性誤差理論模型的基礎(chǔ)上，提出一種基于消偏振分光的零差正交激光干涉測振光路，建立完善的非線性誤差理論模型，提出一種基于協(xié)同補(bǔ)償?shù)姆蔷€性誤差補(bǔ)償方法，并

3、進(jìn)行了實驗驗證。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）針對光路中常用的光學(xué)器件進(jìn)行了非理想特性分析，特別對以往模型建立過程中被簡化為理想狀態(tài)的消偏振分光棱鏡和角錐棱鏡進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和仿真，給出了各器件在理想狀態(tài)下和實際狀態(tài)下的瓊斯矩陣模型。
　?。?）針對傳統(tǒng)的基于偏振分光的零差激光干涉測振光路進(jìn)行了完善的非線性誤差理論模型分析，分析各器件非理想性對最終非線性誤差的影響，給出各可調(diào)整器件的旋轉(zhuǎn)角與非正交誤差間的關(guān)系，從理

4、論層面分析了該光路存在的可調(diào)整器件過多、非正交誤差顯著且難以實時補(bǔ)償?shù)娜毕荨?br>　　（3）提出了一種基于消偏振分光的零差激光干涉測振光路及非線性誤差協(xié)同補(bǔ)償方案。建立該光路的誤差理論模型并分析各誤差源的影響，最終分析了非正交誤差與可調(diào)整器件旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系，證明了該光路具有結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整、非正交誤差易修正的優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)零差激光干涉光路存在的可調(diào)整器件過多的問題。同時，基于該光路特性提出了一種非線性誤差協(xié)同補(bǔ)償方案。先轉(zhuǎn)動光路中的

5、可調(diào)整器件，兩器件協(xié)同作用，消除光路中的非正交誤差，后采用極值法實時補(bǔ)償直流偏置誤差和不等幅誤差，解決了現(xiàn)有的非線性誤差補(bǔ)償方法中非正交誤差修正算法較為復(fù)雜，難以實現(xiàn)實時補(bǔ)償?shù)膯栴}。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，本論文進(jìn)行了整體系統(tǒng)實驗，并測量了整體測振系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。實驗結(jié)果表明，基于消偏振分光的測振光路中可調(diào)整器件的旋轉(zhuǎn)角度與非正交誤差的關(guān)系曲線和理論推導(dǎo)一致，且基于協(xié)同補(bǔ)償?shù)姆蔷€性誤差補(bǔ)償方案可有效減小光路中的非線性誤差。該測振