高同調雙頻雷射都卜勒測速儀之開發及其於散斑效應抑制之優勢

Development of a Coherent Dual-Frequency Laser Doppler Velocimeter and Its Advantage in Speckle Effect Reduction

李嘉偉(Chia-Wei Lee)

指導教授 ： 林凡異

國立清華大學/電機資訊學院/光電工程研究所/碩士(2011年)

摘要

本研究旨在利用雙頻光源進行雷射都卜勒測速儀之開發，該光源係以光注入半導體雷射系統之非線性動態機制衍生週期一震盪所產生， 且其頻差所等效的微波頻率應用在雷射都卜勒測速上可同時兼具雷射光的低發散性與微波的長波長等雙重優勢。在加入鎖相技術後，此雙頻光源之線寬能縮減至僅3 Hz 之高同調性，並擁有極高的頻率穩定度， 更由於其頻差所等效的3 公分微波波長，使得在測速上因橫向速度而可能遭遇到的散斑效應得以被抑制。經實驗量測的結果顯示，此高同調之雙頻光源應用在雷射都卜勒測速上， 在光程差72 公尺以內而粗糙物無橫向速度時能夠達到0.36 mm/s 的速度解析度， 當此粗糙待測物同時以橫向速度5 m/s 的狀態下移動時，速度解析度仍能維持在0.38 mm/s ， 其分別是單頻雷射在光程差0 公尺時，橫向速度由0 m/s 增加至5 m/s 時的8.5 倍與12.9 倍。

關鍵字

高同調 ； 雙頻 ； 雷射都卜勒測速儀 ； 散斑效應 ； 半導體雷射 ； 非線性動態效應

參考文獻

[1] Y. Yeh and H.Z. Cummins, ”Localized Fluid Flow Measurements with an He-Ne

[2] M. Yoshikawa, N. Suzuki, and T. Suzuki, ”Coherence Characteristics of a Single-

Beam Laser Doppler Velocimeter”, Optics Communications, 119 460 (1995).

”Narrow Linewidth Operation of an Erbium Fiber Laser Containing a Chirped Bragg

Grating Etalon”, Journal of Lightwavw Technology, 15 2130 (1997).