摘要：近年来，随着地壳活动越来越频繁，地震、海啸等重大地质灾害频发，防震减灾成为国计民生的重大需求，引起了越来越多的关注，并渴望能在地震前兆获取方面有所突破。激光干涉技术在地球物理、地壳形变、地震海啸监测等方面的运用显示了它与传统地震计相比的巨大优势：高灵敏度、宽频带、大动态范围。本论文开展了激光干涉测量技术在地震监测方面的关键技术探讨，包括干涉系统的设计论述及噪声浅析，整体集成小型化设计、光学地震监测系统中真空环境的营造与实现、室内样机的若干技术测试几个方面：1.第一方面，首先是推导了整个系统的传递函数，探讨了系统输出的相频特性和幅频特性。基于光学地震监测系统的设计原理，对系统中的每一个单元进行探讨，最后获得系统的传递函数。其次基于光学干涉仪测量位移的原理，探讨了光源噪声对干涉仪测量精度的影响；最后，基于干涉仪的结构，设计了光学地震监测系统的布设结构。2.第二方面，提出了光学地震监测系统核心光路的集成策略，以论述上浅析了客观因素对分立式干涉仪的影响，阐述了集成化的必要性，并详细浅析了设计思想，包括调节机构和整体封装结构，并且结合长臂光学干涉仪的结构设计了光束质量监测系统。3.第三方面，主要针对大气对光学干涉仪的影响，搭建了真空系统。首先探讨了影响光学地震监测系统精度的客观因素，提出了一些抑制措施，重点探讨了气压变化引起的大气折射率波动、大气湍流等影响。然后为了抑制大气环境对测量精度的影响，设计了一套真空系统，与光学干涉仪系统进行配合，并对整个真空系统进行了测试，探讨了气压变化与测量误差之间的联系。4.第四方面，进行了光学地震监测系统样机的性能测试实验。首先对整个系统进行标定，包括系统的分辨率，动态范围和频带范围。然后对整个系统的稳定性进行测试，这也是对整个系统的测量稳定性进行把握；并针对空气的影响进行了单端抽气实验。最后对光学地震监测系统的噪声本底进行浅析，把安装历程中每个步骤的噪声情况进行比较，探寻噪声产生的根源因素。最后对室内样机进行了测试，室内样机总长度为22m，在10Hz~90Hz的频带内，系统的测量分辨率可以达到0.0098nm，动态范围超过120dB。实验证明了，基于平衡臂差动Michelson干涉仪原理的光学地震监测系统，可以用于对大地微小振动的测量，实现对地震监测的功能，为该领域的探讨提供一个有效的平台，同时它具有分辨率高、频带宽、动态范围大的优势。关键词：激光干涉论文纳米测量论文光路集成论文真空系统论文
摘要5-7
ABSTRACT7-11
第1章 绪论11-18
1.1 概述11-12
1.2 激光干涉测量策略相比其他手段的优势12-13
1.3 激光干涉测量策略及其在地球物理中的运用13-16
1.4 本课题的内容16-18
第2章 激光干涉微振动测量原理18-30
2.1 激光干涉仪测量原理18-20
2.2 光源噪声浅析20-21
2.3 高精度激光干涉仪结构21-22
2.4 激光干涉仪信号解调原理22-24
2.5 激光干涉微振动测量系统传递函数24-29
2.6 本章小结29-30
第3章 光学干涉仪的集成策略及其实现30-39
3.1 光学干涉仪集成案例30-31
3.2 干涉仪封装与调节结构的设计31-34
3.3 集成光路的光学特性浅析34-37
3.4 光路监测结构的设计37-38
3.5 本章小结38-39
第4章 真空环境的构建39-55
4.1 干涉仪环境的选定与构建39-41
4.1.1 实验室内安装环境的介绍39-40
4.1.2 测量墩的设计40-41
4.2 光学测量管路的建设41-46
4.2.1 管路及罐体抗压设计42-44
4.2.2 整体管路密封的设计44-46
4.2.3 整体管路的准直设计46
4.3 真空环境的实现与检测46-52
4.4 折射率变化对干涉仪的影响52-54
4.5 本章小结54-55
第5章 光学地震监测系统的样机测试55-73
5.1 激光干涉仪的实验室标定试验55-63
5.1.1 光学地震监测样机的分辨率测量57-59
5.1.2 动态范围测量59-60
5.1.3 频率测量范围60-63
5.2激光干涉仪的稳定性试验63-66
5.2.1 测量稳定性实验63-64
5.2.2 大气因素对干涉仪稳定性的影响试验64-66
5.3 激光干涉仪状态监测试验66-67
5.4 系统的噪声谱浅析67-72
5.5 本章小结72-73
第6章 结论73-75
6.1 论文的革新点与结论73-74
6.2 下一步工作的展望74-75
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