光电相位探测传感器实际

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1、光电技术综合实验-----光电相位探测传感器设计姓名：学号：班级:指导老师：-25-目录一、设计目的与意义-2-二、光电探测器原理示意图-3-三、激光器-3-1.固体激光器-4-2.气体激光器-4-3.半导体激光器-4-4.液体激光器-4-5.自由电子激光器-4-四、高斯光束的匹配-8-1、高斯模匹配的意义-8-2、高斯模匹配原理-8-3、圆形镜稳定腔He-Ne激光器输出光强分布特性-10-五、光束质量的评定-13-六、微透镜阵列及CCD探测系统-15-八、光电探测器件-19-九、夫琅和费衍射仿真-21-十一、数据处理-24-

2、十、心得体会-25-十二、参考文献-25--25-一、设计目的与意义：本设计目的在了解其基本工作原理基础上，完成光电相位探测传观器系统的简易或原理性设计，实现该系统结构简单、使用方便、抗干扰能力强、实时性好、并且能够获得光波波前相位信息等特点。受设计时间限制，本课程设计主要是对前端的激光器和光电探测器。光电相位探测传感器主要由光学匹配系统、为透镜阵列、光电探测器、图像采集卡、数据处理计算机和光波相位模式复原软件等构成。二、光电探测器原理示意图：入射激光束光学匹配系统微透镜阵列光电探测器图像采集卡数据处理计算图1原理示意图1、将

3、入射光速的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。2、微透镜阵列将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像。3、光电探测器用于接受光电信号，目前多用CCD探测器。4、微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。5、进一步计算得到波前相位分布。设计原理PowermeterOutputmirrorWater-cooledSiDM图2设计总示意图三、激光器：-25-（一）总体考虑：建议制造气体激光器，其激光跃迁的上能级统计权重gk=5，下能级的统计权重gi=3.在放电工作条件下，下能级的有效寿命是50ns，激光谱线的自发跃迁几率为1.36

4、*107s-1。该系统中连续激光振荡。（二）、激光器由三大基本系统组成:抽运系统:是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生

5、的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。工作物质:增益介质(即激光工作物质)，是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为

6、此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。谐振腔：通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为：①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。共振腔作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有不同的选择性损耗特性所决定的。（三）、激光器种类：1.固体激光器一般讲，固体激光器具有器件

7、小、坚固、使用方便、输出功率大的特点。这种激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子，除了前面介绍用红宝石和玻璃外，常用的还有钇铝石榴石（YAG）晶体中掺入三价钕离子的激光器，它发射1060nm的近红外激光。固体激光器一般连续功率可达100W以上，脉冲峰值功率可达109W。2.气体激光器气体激光器具有结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；以及能长时间较稳定地连续工作的有点。这也是目前品种最多、应用广泛的一类激光器，占有市场达60％左右。其中，氦－氖激光器是最常用的一种。3.半导体激光器半

8、导体激光器是以半导体材料作为工作介质的。目前较成熟的是砷化镓激光器，发射840nm的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方式有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机、车辆、宇宙飞船上用。在70年代末期，由于光纤通讯和光