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Analysis of Self-Mixing Moderate and Strong Feedback Regimes for Mechatronics Applications

El Assad, Joseph (2008) Analysis of Self-Mixing Moderate and Strong Feedback Regimes for Mechatronics Applications. (Analyse des signaux de self-mixing en régime de feedback fort et modéré pour les applications méchatroniques.)

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Abstract

L'utilisation des lasers est répandue dans le domaine de l'instrumentation. Cependant, le fonctionnement de tels dispositifs peut être perturbé par le phénomène de rétro-injection optique (ou self-mixing) auquel est soumis la diode laser. Cette sensibilité du laser à la rétro-injection optique offre de nombreux avantages, notamment pour la mesure de déplacements, de vitesse ou de distance. Dans ce travail, nous introduisons le phénomène de self-mixing avant d'effectuer un état de l'art des différentes applications de ce type de capteurs. Le régime de fonctionnement de rétro-injection optique modérée est d'abord étudié en détails en introduisant la notion de perte de pics; en l'interprétant et en étudiant son effet sur différentes méthodes de mesure de déplacement. Nous étudions ensuite le régime de forte rétro-injection optique en analysant son aspect statistique et l'effet des différents paramètres sur cet aspect. Un capteur de déplacement relatif opérant dans ce régime est alors conçu et réalisé. Après l'avoir caractérisé, l'application de ce capteur était étendue à l'analyse modale où il avait l'avantage majeur de donner une image très fidèle du déplacement en temps réel sans traitement de signal complexe. Ce capteur est alors utilisé pour caractériser une plaque encastrée et pour détecter les impacts dans des poutres en fibre de carbone. ABSTRACT : Lasers have been widely used in different types of applications such as telecommunications, CD/DVD readers or for sensing purposes. A major drawback in their use is the optical feedback caused by an obstacle in their direction of propagation. This light reinjected in the active area modifies the emission properties of laser diodes and obliges the developers to consider adding isolators increasing thereby the complexity and the price of such systems. However this optical feedback induces a variation in the emission power and frequency in function with the distance to the reflector. This phenomenon, more commonly known as self-mixing, is used in different types of displacement, velocity and vibration sensors. In this work, the physical theory of the self-mixing effect is introduced and then a state of the art of its main applications in the different fields of instrumentation is accomplished. A detailed study of the self-mixing signal in the moderate feedback regime is achieved introducing the effect of "loss of peaks", its physical interpretation, mechanisms and effect on different types of displacement measurement. Afterwards, the discrepancy concerning the strong feedback regime was cleared out showing that it may be used for relative displacement measurement. A detailed study of this regime covers its statistical aspect and the influence of different parameters on this aspect. Finally, the self-mixing sensor under strong feedback was introduced in modal analysis applications after being characterized. It was applied to study a clamped plate or to detect damage in carbon fiber CFBs. This type of sensors proved its major advantage of simplicity providing a direct image of the displacement without the need of any advanced signal processing. This facilitates its duplication where an array of sensors was used in different experiments.

Department:Laboratoire d'Optoélectronique pour les Systèmes Embarqués - LOSE (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Bosch, Thierry
Uncontrolled Keywords:Self-mixing - Interférométrie à rétro-injection optique - Cavité extérieure longue - Mesure de placement relatif - Détection d'impact. KEYWORDS : Self-mixing - Optical Feedback Interferometry - Long External Cavity - Relative Displacement - Measurement - Modal Analysis
Subjects:Electronics > Microwaves and optical transmissions
Electronics
Deposited On:21 November 2011

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