本文对所研制的半导体激光自混合测速系统在4.06 ~475.3 mm/s 的速度范围内获得了1%左右的速度精度进行了报道。同时，我们针对激光自混合测速系统的试验装置对速度测量精度进行系统研究，重点讨论了激光光谱谱宽、速度分布、散斑、电子学线路对多普勒信号展宽的影响。分析结果表明，散斑信号在待测速度较小时所造成的多普勒信号展宽是激光自混合测速系统测速精度下降的主要原因。采用提高采样时间以及改进电子学处理系统的方式，是提高激光自混合测速系统精度的一个较好途径。

单模VCSEL(Vertical cavity surface emitting laser)激光器自混合LDV(Laser Doppler velocitymeter)系统的温度特性和外腔长度L_ext(激光器前腔镜到目标散射面之间的光程)可变范围优于多模激光器LDV系统。应用差频模拟锁相环信号处理技术，明显提高了单模VCSEL自混合LDV测速精度和测速动态范围。用多普勒频移f_d的分频跟踪三角波电流调制技术，提高了运动方向判别的精度和动态范围。实验结果表明，在外腔长度为30 mm士3 mm、温度为0℃～55℃、采样时间0．1 s、激光器无温控的条件下，分辨率优于0．2%；在测速范围为30～480 mm／s的条件下，测速精度优于1%；在速度范围为5～480 mm／s的条件下，测速精度优于2%。在电源电压为5 V时，正向运动方向指示电平大于4．9 V，反向运动方向指示电平小于0．1 V。

对双镜头二维三角法测距精度的实验研究表明，在大视角下，双镜头二维测距存在较大的测距误差；通过应用小孔成像代替普通镜头成像进行二维测距研究，证明了大视角非近轴光线的镜头失真是造成该误差的主要原因，并且基于实验提出了一种经验修正公式，明显地提高了系统的测距精度和速度。实验结果表明，在50 mm×50 mm的工作区，对应于80°的大视角下，测距系统在x和y方向的平均定位精度均优于2 mm，平均分辨率分别为0．2 mm和0．1 mm。

本文从原理和实验两方面提出了一种明显提高相位测距分辨率的方法.应用差频模拟锁相环(APLL)专用集成电路KD080H,作者设计制作出一种环路噪声带宽小于1Hz的晶体分频APLL,并成功用于相位检测频率1.5kHz的相位测距系统.实验表明,在光电信号频率为15MHz,晶体滤波器带宽500Hz,所得信号信噪比仅为40dB的条件下,测距分辨率可优于0.5mm,比应用中心频率1.5kHz带宽50Hz的有源滤波器测距系统的分辨率提高约7倍.该方法还具有结构简单,成本低,使用方便等优点.

单模VCSEL激光自混合测距具有测距精度高、功耗低和结构简单等优点.对单模VCSEL进行了大频偏的三角波电流调制,应用差频模拟锁相环处理自混合拍频信号,明显减小了拍频信号在三角波拐点处因相位突变、波形周期不等以及波形的调幅干扰和失真等因素造成的影响.实验结果表明,提高了测距精度和动态范围.室温下,在单模VCSEL输出功率0.7mW,波长850nm,调制三角波的频率1.3kHz,幅度0.4Vrms,采样时间0.1s,散射面为粗糙金属片的条件下,测距范围达到50～500mm,测距精度达到2mm,分辨率优于2mm.

利用三镜腔理论模型和速率方程,对半导体激光器在三角波电流调制下的自混合效应进行数值模拟,得到了三角波电流调制下的自混合信号,并分析了三角波电流调制下自混合效应的特点以及调制电流参量与系统几何参量的相互依赖关系.实验观察到上升沿和下降沿的频率变化与数值模拟结果一致.

采用数值模拟法获得了自混合信号的时域特性,并在此基础上对激光器重要参量线宽展宽因子在混合信号中的影响进行了数值模拟和分析,得出了采用较大线宽展宽因子的激光器可以获得幅度较大以及较强的不对称自混合信号的结论.

我们研制成功8路时分副载波半导体DFB激光器波长锁定器.用1 kHz正弦时分电信号,分别对8个1.55 μm波段的DFB激光器进行1%的幅度调制,每个DFB激光2%的光信号分成两路,一路通过自由光谱区为100 GHz的F-P标准具,另一路作参考光,两路的光电差分信号反馈控制DFB激光器的温度,使每个DFB激光器锁定在各自所需的波长上.测试结果表明波长锁定的激光频率间隔100 GHz,波长锁定精度优于士2.5 GHz.该方法同样适用于50 GHz频率间隔和更多路的波长锁定.本文着重介绍该锁定器的光电信号处理和控制方法.

用磁控溅射法制备了具有超分辨近场结构的系列薄膜,测量了非线性层AgOx的光开关特性及其结构随温度的变化,分析了AgOx的光开关特性与微结构之间的内在联系.