Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Скрипаль А. В., Добдин С. Ю., Джафаров А. В., Садчикова К. А., Феклистов В. Б. Измерение расстояния при гармонической модуляции длины волны лазерного автодина с учётом внешней оптической обратной связи // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 84-91. DOI: 10.18500/1817-3020-2020-20-2-84-91

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
01.06.2020
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 389)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Оптика и спектроскопия. Лазерная физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
531.715.1
DOI: 
10.18500/1817-3020-2020-20-2-84-91

Измерение расстояния при гармонической модуляции длины волны лазерного автодина с учётом внешней оптической обратной связи

Авторы: 
Скрипаль Анатолий Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Добдин Сергей Юрьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Джафаров Алексей Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Садчикова Карина Арменаковна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Феклистов Владимир Борисович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Приведена методика измерения абсолютного расстояния при гармонической модуляции длины волны лазерного автодина с учётом внешней оптической обратной связи. Исследовано влияние девиации длины волны излучения полупроводникового лазерного диода на точность определения расстояния. Показано влияние внешней оптической обратной связи на форму сигнала лазерного автодина. Оценка уровня обратной связи проведена на основе методики разложения автодинного сигнала в ряды Фурье и Бесселя. Показана нелинейная зависимость погрешности определения расстояния по спектру автодинного сигнала от уровня обратной связи при низких и высоких уровнях обратной связи. Предложена методика определения уровня обратной связи, использующая расчет расстояния по различным наборам гармоник спектра автодинного сигнала.

Ключевые слова: 
лазерная интерферометрия
автодин
полупроводниковый лазер
модуляция излучения лазера
измерение расстояния
спектральный анализ
Список источников: 
  1. Amann M. C., Bosch T., Lescure M., Myllyla R., Rioux M. Laser ranging : a critical review of usual technique for distance measurement // Opt. Eng. 2001. Vol. 40, iss. 1. P. 10–19.
  2. Donati S. Developing self-mixing interferometry for instrumentation and measurements // Laser Photon. Rev. 2012. Vol. 6, № 3. P. 393–417.
  3. Berkovic G., Shafi r E. Optical methods for distance and displacement measurements // Adv. Opt. Photon. 2012. Vol. 4, № 4. P. 441–471.
  4. Norgia M., Giuliani G., Donati S. Absolute distance measurement with improved accuracy using laser diode self-mixing interferometry in a closed loop // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2007. Vol. 56, iss. 5. P. 1894–1900.
  5. Zheng J. Analysis of optical frequency-modulated continuous-wave interference // Appl. Opt. 2004. Vol. 43, iss. 21. P. 4189–4198.
  6. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Добдин С. Ю., Астахов Е. И., Костюченко И. Ю., Джафаров А. В. Методы автодинной интерферометрии расстояния при токовой частотной модуляции полупроводникового лазера // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2018. Т. 18, вып. 3. С. 189–201.
  7. Сухарев А. Г., Напартович А. П. Режим гармонической модуляции излучения полупроводникового лазера с внешней обратной связью // Квантовая электроника. 2007. Т. 37, вып. 2. С. 149–153.
  8. Карих Е. Д. Полупроводниковый лазер с комбинированной внешней оптической обратной связью // Вестн. БГУ. 2015. Т. 1, вып. 2. С. 35–39.
  9. Носков В. Я., Смольский С. М., Игнатков К. А., Чупахин А. П. Расчет параметров автодинов с жесткой характеристикой проводимости активного элемента // Уральск. радиотехн. журн. 2019. Т. 3, вып. 1. С. 7–29.
  10. Ju R., Spencer P. S. Dynamic regimes in semiconductor lasers subject to incoherent optical feedback // J. of Lightwave Technology. 2005. Vol. 23, № 8. P. 2513–2523.
  11. Ma J. S., Gu W. H. Simulation of chaotic synchronization system based on optical feedback and injection // Optoelectron. Lett. 2006. Vol. 2, № 3. P. 0192–0194.
  12. Takeuchi Y., Shogenji R., Ohtsubo J. Chaotic dynamics in semiconductor lasers subjected to polarization-rotated optical feedback // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 181105-1–181105-3.
  13. Карих Е. Д. Определение параметров микровибраций слабоотражающих объектов по кепстру сигнала самосмешения в полупроводниковом лазере // Журн. Белорус. гос. ун-та. Физика. 2017. Вып. 3. С. 57–64
  14. Olesen H., Osmundsen J. H., Tromborg B. Nonlinear dynamics and spectral behavior for an external cavity laser // IEEE J. Quantum Electron. 1986. Vol. 22, № 6. P. 762–773.
  15. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Авдеев К. С. Изменение спектра сигнала лазерного полупроводникового автодина при фокусировке излучения // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2009. Т. 17, вып. 2. C. 54–65.
  16. Schunk N., Petermann K. Numerical analysis of the feedback regimes for a single-mode semiconductor lasers with external feedback // IEEE J. Quantum Electron. 1988. Vol. 24, № 7. P. 1242–1247.
  17. Scalise L., Yu Y., Giuliani G., Plantier G., Bosch T. Selfmixing laser diode velocimetry: Application to vibration and velocity measurement // IEEE Trans. Instrum. Meas. 2004. Vol. 53, iss. 1. P. 223.
  18. Giuliani G., Norgia M., Donati S., Bosch T. Laser diode self-mixing technique for sensing application // J. Opt. A : Pure Appl. Opt. 2002. Vol. 4. P. S283–S294.
  19. Lang R., Kobayashi K. External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties // IEEE J. Quantum Electron. 1980. Vol. 16, № 3. P. 347.
  20. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Кащавцев Е. О., Добдин С. Ю. Определение ускорения при микро- и наносмещениях объекта по автодинному сигналу полупроводникового лазера с учетом влияния внешней оптической обратной связи // ЖТФ. 2013. Т. 83, вып. 7. С. 156–158.
  21. Tromborg B., Osmundsen J. H., Olesen H. Stability analysis for a semi- conductor laser in an external cavity // IEEE J. Quantum Electron. 1984. Vol. 20. P. 1023–1032.
  22. Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Полупроводниковые лазерные автодины для измерения параметров движения при микро- и наносмещениях. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2014. 136 с.
Поступила в редакцию: 
15.11.2019
Принята к публикации: 
20.12.2019
Опубликована: 
01.06.2020
  • 1372 просмотра