___

• Bes, C., Plantier, G. and Bosch, T. (2006). Displacement measurements using a self-mixing laser diode under moderate feedback. Transaction on Instrumentation and Measurement, 55 (4), 1101- 1105.
• Bosch, T. (2004). An overview self-mixing sensing applications. Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices Conference, 385-392.
• Bosch, T. and Donati, S. (2001). Optical feedback interferometry for sensing application. Optical Engineering Journal, 40 (1), 20-27.
• Donati, S., Giuliani, G. and Merlo, S. (1995). Laser diode feedback interferometer for measurement of displacements without ambiguity. Journal of Quantum Electronics, 31 (1), 113-119.
• Donati, S. and Giuliani, G. (2005). Laser interferometry, in unlocking dynamical diversity: Optical feedback effects on semiconductor lasers. John Wiley & Sons, 217-255.
• Lang, R. and Kobayashi, K. (1980). External optical feedback effects on semiconductor injection laser properties. Journal Of Quantum Electronics, 16 (3), 347-355.
• Meschede, D. (2007). Optics, light and lasers (pp. 333-370). WILEY-VCH.
• Plantier, G., Bes, C. and Bosch, T. (2005). Behavioral model of a self- mixing laser diode. Journal of Quantum Electronics, 41 (9), 1157- 1167.
• Wang, W.M., Grattan, K.T.V., Palmer, A.W. and W.J.O.Boyle (1994). Self-mixing interference inside a single-mode diode laser for optical sensing applications. Journal of Lightwave Technology, 12 (9), 1577-1586.
• Wei, L., Xi J., Yu, Y. and J.Chicharo (2007). Transition analysis for moderate feedback self-mixing interferometry. Intelligent Signal Processing and Communication Systems, 822-825.
• Yu, Y., Xi, J. and Chicharo, J.F. (2007). Improving the performance in an optical feedback self-mixing interferometry system using digital signal pre-processing. International Symposium on Intelligent Signal Processing, 1-6.
• Zabit, U., Bony, F. and Bosch, T. (2008). Optimisation of the nelder-mead simplex method for its implementation in a self_mixing laser displacement sensor. Smart Sensors and Sensing Technology Springer, 381-399.
• Zabit, U., Bosch, T. and Bony, F. (2009). adaptive transition detection algorithm for a self-mixing displacement sensor. Sensors Journal, 9 (12), 1879-1886.
• Zhang, Y., Xi, J., Yu, Y. and Chicharo, J. (2005). A data-fitting approach for displacements and vibration measurement using self-mixing interferometers. Technology, 283-286. International Conference on Sensing Genişletilmiş Özet
• Kendinden-Karışım Lazer Diyot Sistemi ile Hedef Hareket
• Şeklinin Tekrar Yapılandırılması Giriş
• Kendinden-karışım (self-mixing) girişimi, tüm lazer tiplerinde ortaya
• çıkmasına rağmen, bu konudaki çalışmaların odağında dıştan geri
• beslemeye hassasiyeti yüksek olan lazer diyotlar olmuştur. Yerdeğişim, hız
• ve ivmeölçer, metrolojideki başlıca sensör uygulamalarındandır.
• Kendinden-karışım sensörlerinin gelişimi, lazer diyot teknolojisi ve sinyal
• işleme tekniklerine dayanmaktadır. Herhangi bir tipteki boyuna tek modlu lazer diyotla, iyi kalitede bir
• girişim sinyali elde edilebilmektedir. Fabry-Perot, Distributed Feedback
• (DFB), Vertical Cavity Surface-Emitting (VCSEL) ve External Cavity Laser
• (ECL) yapısındaki lazer diyotlar ile başarılı bir şekilde testler
• yapılabilmiştir. Lazer diyotun içsel gürültüsü (RIN) ile fotodiyot gürültüsü,
• sinyal gürültü oranını sınırlamaktadır. Sinyal işleme tekniği, sensör tipini belirlenmesinde ve ölçüm
• doğruluğunu iyileştirmesinde rol oynamaktadır. Standart teknik, orta şiddetli
• bir geri beslemede, kendinden-karışım sinyalinin türevi ile elde edilen
• hareketinin yönüne bağlı yukarı/aşağı yönlü ??/2 (lazer dalgaboyunun yarısı)
• çözünürlüğündeki darbelerin sayılması ile tanımlanmaktadır. "Auto
• Adaptive" metodu kullanılarak, tüm geribesleme rejimlerinde çalışabilen ve
• doğruluğu 40nm kadar iyileştirilebilmiş teknikler de geliştirilmiştir. Yapısı Kendinden-karışım girişimi, bir lazer demetinin uzak bir hedeften
• geri yansıtılmış küçük bir kısmının lazerin aktif kavitesine girmesi
• sonucunda lazer alanının hem spectral hem de şiddetinde değişimler
• oluşturması olarak tanımlanmaktadır. Lazer diyot kendinden-karışım girişimölçeri, harici bir foto dedektör,
• optik ayarlama ve yansıtıcı kol aynası gerektirmez. Lazer şiddetindeki
• değişimler, lazer diyot paketinin içindeki fotodiyot tarafından izlenir. (a) Self-mixing interferometer (b)
• Conventional interferometer
• Şekil 1. Kendinden-karışım ve geleneksel girişimölçerlerin blok şemaları
• Kendinden-karışım girişimi, geleneksel girişimölçerlerde olduğu gibi
• elektrik alanlarının doğrusal süperpozisyonu değildir. Geri besleme ile
• spektral özellikler, eşfazlılık uzunluğu ve çizgi genişliği değişmektedir.
• Kendinden-karışım girişimölçer sinyal şekli, geri besleme şiddetinin
• arttırılması ile sinüsten testere dişliye dönüşür. Testere dişli sinyalin eğimi,
• hedefin hareket yönünü verir. Standart lazer denklemlerine, harici geri besleme için zaman
• gecikmeli alan terimi eklenerek kendinden-karışım lazerinin dinamiği
• modellenmektedir. Bu denklemlerin çözülmesi ile elde edilen (1) no'lu faz
• denkleminin sayısal çözümü, lazerin spectral özelliklerindeki değişimleri sunmaktadır. )??0 (1) t)?arctan(??
• t)?Csin?x()?arctan(??
• x()?x()?Csin?x()?arctan(???0 (1) F F
• Farklı geribesleme şiddeti C parametresi ile yapılan çözümlemeler
• Şekil-2'de görülmektedir. Yansıtıcı hedefin hareketi Şekil-2(a)'da
• görüldüğü üzere sinusoidal olarak simüle edilmiştir. Geri besleme şiddeti
• çok zayıftan çok şiddetliye doğru değiştirilerek elde edilen girişim sinyalleri
• Şekil-2 (b-e)'de sırayla gösterilmektedir. Şekil 2. Farklı geribesleme seviyelerinde kendinden-karışım sinyali
• Şekil 3. Deney düzeneğinin blok şeması Simulator Trans- Amplifier impedance Data Aqcuisition Deneysel çalışma için geliştirilen düzeneğin blok şeması Şekil 3'te görülmektedir. LD808-100A model lazer diyot, 808nm+/-3nm 100mW özelliklerine sahip olup hem lazer hem de dedektör olarak, A240TM-B model küresel olmayan mercek ise lazer diyot kollimatörü olarak seçilmiştir. Yansıtıcı hedefin hareketi için ivmeölçer kullanılmıştır.
• Piezoelektrik ivmeölçer ise ölçüm referansı olup 1nm altında çözünürlük
• sağlamaktadır. Sinyal işleme tekniği, faz bilgisinin açılması (phase unwrapping) ve
• optimizasyon üzerine dayanmaktadır. Faz bilgisinin açılması, hedef hareketi
• kabaca tekrar yapılandırılmasını sağlamakta olup Şekil-4'te blok şeması
• görülmektedir. Şekil 4. Hedefi hareketinin kabaca tekrar yapılandırma işlemi blok şeması
• Şekil 5. Optimizasyon işlemi blok şeması FFT Frequency Analysis Optimizasyon işlemi, ayrık olarak yapılandırılan hareketin sürekli hale dönüştürülmesinde kullanılmakta olup Şekil 5'te blok şeması görülmektedir. Sonuçlar Lazer diyot akımı 100-130mA and hareketli yansıtıcı hedefin mesafesi 20-40cm arasında iken testere dişli kendinden-karışım sinyali elde edilmiştir. Yansıtıcı hedef yüzeyinin hareketi, referans ivmeölçer ile 800Hz ve 20m/s² olarak ölçülmüş olup sinyal genliği ve FFT sonuçları Şekil 6'da görülmektedir.
• Şekil 6. 800Hz and 2020 m/s²'te piezoelektrik ivmeölçer çıkışı
• Yapılan diğer ölçümler, 100-1000Hz frekans ve 0.4-6?m yerdeğişim
• aralığında başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Bu aralığın üstüne
• çıkıldığında, kendinden-karışım sinyalinin darbelerinin genliği periyodun
• orta bölgesinde gitgide küçüldüğü ve gürültü içinden sinyalin elde edilmesi
• mümkün olmadığından ölçüm aralığı sınırlandırılmıştır. Lazer diyot kendinden-karışım sensörü ile yapılan ölçüm ve sinyal
• işleme tekniği uygulamaları çıkışı Şekil 7'de verilmiştir. Ölçümler
• arasındaki fark Şekil 8'de gösterilmektedir. Bu fark, orta bölgede 50 nm'den
• az iken başlangıç ve son bölgede 100 nm'den az olduğu görülmektedir. Bu
• farklılığın periyodik olması nedeniyle örnekleme frekansından kaynaklı
• frekans farklılığından kaynaklanabileceği değerlendirilmiştir.
• Şekil 7. Fotodiyot çıkışı ve sinyal işleme basamakları
• Şekil 8. Piezoelektrik ivmeölçer ile lazer diyot ölçümleri arasındaki fark