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利用频偏锁定半导体激光器进行超高频外差干涉测量

DOI：10.1088/1361-6501/ab796f 期刊：Measurement Science and Technology 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 现代宽带电信需要能在高达数吉赫兹的超高频率下机械振动的微机电滤波器。外差干涉仪（即激光多普勒测振仪，LDV）为这类滤波器的振动提供了灵敏且非接触的测量技术，但声光频移效率下降限制了其吉赫兹级外差能力。通过光电锁相环（OPLL）中两束激光的频偏锁定实现外差可突破该限制。我们采用可见光波段半导体激光器频偏锁定达成1.4GHz外差的LDV装置验证了这一点。实验表明：在50MHz至700MHz频率范围内，振动振幅分辨率优于1皮米/√Hz，带宽仅受限于光电探测器性能。该振幅分辨率已使我们的LDV适用于超高频微机电滤波器的振动测量。我们建立了包含激光线宽、OPLL传递函数及干涉仪延迟等因素的完整理论模型来预测该技术的振动振幅分辨率，实验证实数值模拟的模型预测。最后讨论了因干涉仪延迟导致互相干性消失时的外差载波坍塌现象、向散粒噪声极限检测的转变，并提供了设计建议。
作者： Robert Kowarsch，Christian Rembe
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究利用频率偏移锁定半导体激光器的外差干涉测量法，对超高频微机电滤波器中的振动进行高灵敏度、非接触式测量。

研究成果

研究表明，采用频偏锁定半导体激光器的外差干涉测量法可实现超高频率下的高分辨率振动测量，适用于微机电滤波器测试。所提出的综合模型能准确预测振动振幅分辨率，并通过实验数据验证。研究还提供了优化外差载波生成及最小化差分相位噪声的设计建议。

研究不足

激光多普勒测速仪（LDV）系统的带宽受限于光电探测器的带宽。该研究还指出，由于半导体激光器具有较宽的激光线宽，在数吉赫兹频率下实现散粒噪声限制检测存在挑战。

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