光电技术综合设计2

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1、光电技术综合设计Ⅰ——光电相位探测传感器设计班级：姓名：学号指导教师：张翔(副教授)成都信息工程学院光电技术学院一、设计目的与意义①将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。二、光电相位探测传感器原理组成入射激光束数据处理匹配系统微透镜阵列光电探测器图像采集图2—1光电相位探测传感器组成系统示意图光电探测器是能把光辐射量转换成另一种便于测量的物理量的器件。而光电相位探测传感器主要由入射激光束，光

2、学匹配系统，微透镜阵列，光电探测器，图像采集卡，数据处理计算机和光波相位模式复原软件等构成，其基本原理图如图2—1所示。三、模块设计⒈激光器①激光产生原理电子可以透过吸收或释放能量从一个能级跃迁至另一个能级。在这些过程中，电子吸收或释放的光子能量总是与这两能级的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长，因此，吸收或释放的光具有固定的颜色。当原子内所有电子处于可能的最低能阶时，整个原子的能量最低，我们称原子处于基态。当一个或多个电子处于较高的能阶时，我们称原子处于受激态。电子可透过吸收或释放在能阶之间跃迁。跃迁又可分为三种形式：(1)自发吸收：电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶。(

3、2)自发辐射：电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶。(3)受激辐射：光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶，并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相，此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子，最后就变成两个相同的光子。激光基本上就是由第三种跃迁机制所产生的。产生激光还有一个巧妙之处，就是要实现所谓粒子数反转的状态。粒子数反转是产生激光的关键，因为它使透过受激辐射由亚稳态回到基态的原子，比透过自发吸收由基态跃迁至亚稳态的原子为多，从而保证了介质内的光子可以增多，以输出激光。②激光的特性高亮度、高方向性、高单色性和高相干性是激光的四大特性。(1

4、)激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W/cn2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。(2)激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件。(3)激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。(4)激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在生活、工业加工、军事、科研等领域中得到了广泛地应用。③激光器的种类对激光器有不

5、同的分类方法，一般按工作介质的不同来分类，在可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器。(1)固体激光器一般讲，固体激光器具有器件小、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，常用的有钇铝石榴石（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

6、％左右。其中，He-Ne激光器是最常用的一种。(3)半导体激光器半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。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。(4)液体激光器常用的是染料激光器，采用有机染料为工作介质。大多数情况是把有机染料溶于溶剂中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸气状态工作的。利用不同染料可获得不同波长激光（在可见光范围）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氩离子激光器等。液体激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可调，且覆盖面宽是它的优点，使它也得到广泛应用。④激光

7、器组成激光器由三大基本系统组成：谐振腔、增益介质、抽运系统。(1)谐振腔最简单的光学谐振腔是在激活介质两端恰当地放置两个镀有高反射率的反射镜构成，一块几乎全反射，称为全反镜；一块光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出，故称输出镜。被反射回到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输出。根据谐振腔的开放程度可以分为开腔、闭腔，气体波导腔。根据几何偏折损耗的高低，开放