Автодинный эффект в полупроводниковых лазерах в условиях токовой модуляции и при движущемся отражателе

• Автор: Авдеев, Кирилл Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 133 с. : ил.

1.1 Автодииное детектирование в полупроводниковых лазерах

1.1.1. Полупроводниковые автодины на квантоворазмерных структурах

1.1.2. Принцип действия автодинной системы

1.2 Влияние движения внешнего отражателя на форму и спектр автодинного сигнала

1.2.1 Влияние внешней оптической обратной связи полупроводникового лазера на спектр интерференционного сигнала
1.2.2 Малосигнальный анализ характера искажений в спектре автодинного сигнала при гармонических вибрациях внешнего отражателя

1.3 Методы анализа сигнала полупроводникового лазера по его низкочастотному спектру

1.3.1 Определение амплитуды колебаний внешнего отражателя по номеру гармоники с максимальной амплитудой.
1.3.2 Определение амплитуды колебаний внешнего отражателя по четырем соседним гармоникам спектра автодинного сигнала.
1.3.3 Метод определения амплитуды колебаний объекта по двум первым гармоникам спектра автодинного сигнала.
1.3.4 Методы измерения сложных перемещений и скорости движения объекта по спектру сигнала полупроводникового лазера.
1.4 Применение полупроводникового лазерного автодина для контроля движений биологических объектов
2. АВТОДИННОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА
2.1 Спектр автодинной лазерной системы при токовой модуляции
2.2 Применение полупроводникового лазерного автодина с модуляцией длины волны излучения для определения профиля поверхности объекта
3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ И СТЕПЕНИ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА СПЕКТР АВТОДИННОГО СИГНАЛА
ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА
3.1 Зависимость формы автодинного сигнала от уровня обратной связи.
3.2 Влияние уровня обратной связи на результаты решения обратной задачи определения амплитуды колебаний внешнего отражателя по спектру автодинного сигнала.
3.3 Измерение параметров нановибраций лазерным полупроводниковым автодином при различной степени фокусировки излучения.
4. ПРИМЕНЕНИЕ АВТОДИННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ
КОНТРОЛЯ СЛОЖНЫХ ДВИЖЕНИЙ БИЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
4.1 Особенности строения слухового аппарата.
4.2 Метод определения динамических параметров барабанной перепонки
4.2.1 Экспериментальное определение амплитуд колебаний барабанной
перепонки.
4.2.2 Измерение с помощью лазерного автодина смещения барабанной
перепонки при изменении уровня звукового давления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Введение


Однако к настоящему времени методы диагностики патологических состояний колебаний барабанной перепонки не были разработаны на уровне, достаточном для широкого применения на практике. В частности, не была определена амплитудночастотная характеристика амплитуды колебания барабанной перепонки при различных уровнях звукового воздействия на нее, не установлены различия между амплитудночастотными зависимостям барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при патологии и в норме. Поэтому дальнейшие исследования эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых автодинах представляется актуальным. Исследование возможности применения полупроводникового лазерного автодина для регистрации движений биомеханических систем i viv для определения амплитудночастотной характеристики амплитуды колебания барабанной перепонки при различных уровнях звукового воздействия на нее и для установления различия между амплитудночастотными зависимостям барабанной перепонки в зависимости от уровня звукового давления при патологии и в норме. Исследовано влияние движений отражателя на спектр автодинного сигнала полупроводникового лазера на примере барабанной перепонки человека. Достоверность полученных теоретических результатов обеспечивается строгостью используемых математических моделей, соответствием результатов численного и натурного экспериментов. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением стандартной измерительной аппаратуры, высокой степенью автоматизации процесса регистрации экспериментальных данных, а также соответствием результатов, полученных в ходе определения параметров движения отражателя с помощью автодинной интерференционной системы, результатам, полученным с помощью альтернативных способов измерения параметров вибраций объектов. Разработан метод определения расстояния до объекта с использованием модуляции частоты излучения полупроводникового лазера, достигаемой модуляцией его тока питания. Экспериментально показана возможность разработанных методов определения нановибраций для дифференциальной диагностики i viv патологий органов слуха человека. Обогащение спектра автодинного сигнала с увеличением степени фокусировки излучения полупроводникового лазера и, соответственно, ростом внешней оптической обратной связи происходит за счет увеличения спектральных составляющих, амплитуды которых значительно меньше амплитуды максимальной спектральной составляющей. В то же время в отличие от обогащения спектра автодинного сигнала с ростом амплитуды колебаний отражателя номер гармоники с максимальной амплитудой практически не изменяет своего значения. По изменению отношения амплитуд четных спектральных составляющих автодинного сигнала полупроводникового лазера можно определять нанометровые продольные смещения отражателя и амплитуды его вибраций. При этом с увеличением степени фокусировки излучения полупроводникового лазера увеличивается разброс, определяемого по ii автодинной системы, значения амплитуды вибраций внешнего отражателя при практически неизменном ее среднем значении. Апробация работы. Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Саратовского государственного университета в годы. Международной научнотехнической конференции Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине г. Научнотехнической конференции Электроника и вакуумная техника приборы и устройства. Технология. Материалы, г. Саратов. III Троицкой конференции Медицинская физика и инновации в медицине г. Москва. Международной научнотехнической конференции Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине г. XXI Международной научной конференции Математические методы в технике и технологиях г. Саратов мая г. Исследования выполнялись в рамках гранта РФФИ 4 Разработка математического аппарата и технологических решений, составляющих основу диагностических комплексов для анализа параметров движений объектов биологии и медицины. Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 работ, в том числе 2 статьи в реферируемых научных журналах, одна из которых опубликована в журнале, включенном в перечень периодических изданий ВАК РФ.