光电相位传感器设计

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1、光电技术综合设计——光电相位探测传感器设计2013-12班级：XXX姓名：XXX学号：XXX成都信息工程学院/光电技术学院40目录0前言：31概述3设计目的：3系统结构：42系统部件：52.1激光器52.2光学匹配系统11望远镜系统：11高斯光束的匹配：252.3光束质量的评定：312.4微透镜阵列及CCD探测系统333光电探测器件：354夫琅和费衍射仿真：365心得体会406参考文献4040光电相位探测传感器设计0前言：光作为自然界一个重要的现象，一直受到人们的重视，其研究历史几乎与人类文明同步。光作为基本的物理现象，对其定量描述十分

2、重要。光的特性表现在振幅、频率、偏振和相位四个方面。振幅表征光的强度，频率代表光的能量（日常生活中代表颜色），描述电磁场的振动方向，而相位代表振动之间的关联程度。掌握以上四个物理量，就可以准确描述一束光的各种性质。对于振幅、频率以及偏振。随着电子技术等的发展，人们已经可以十分精确地进行测量。测量空间分辨精度早已达到波长，也就是亚微米量级，而测量误差可以完全忽略。而相位测量的难度在于目前的光电探测设备使用均是光电转换，但是电子对相位信息是不敏感的，必须通过特定的方法将相位信息转化为光探头所能测量的信号，例如光强等。本课程设计在于了解光电相

3、位探测的一般原理及系统组成结构。1概述设计目的：在了解光电相位探测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、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。40系统结构：图1.1系统结构框图(1)激光器：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

4、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)图像采集卡：微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。(5)数据处理计算机：进一步计算得到波前相位分布。如图1.2和图1.3所示,详细描述了光电相位测量系统的基本组成部件。图1.2中运用了两级放大对激光进行放大。SBS-PCM(stimulatedBrillouinscattering-phaseconjugatemirror)是受激布里渊散射-相位共轭镜。B.S为分光镜，CCD为光电探测器件。图2.3中描述了改系统的各部件组成,首先将入射光束的口径缩小（放大

5、）到与微透镜阵列相匹配尺寸；微阵列透镜将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像；微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。光电探测器用于接收光电信号，目前多用CCD探测器；进一步计算得到波前相位分布。其中望远镜的作用是准直,实现平行平面光波进平行平面光波出,以使之满足夫琅禾费衍射的条件。得益于圆型陶瓷管的设计，使得光斑几乎接近理想的高斯方程描述的基模(TEM00)，且M2因子小于1.3。40图1.2钇铝石榴石激光器图1.3光电相位测量系统组成示意2系统部件：2.1激光器(一)设计要求:制造气体激光器，其激光跃迁的上能级统计权重gk=5，下能

6、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1.36X107s-1。该系统中连续激光振荡。40(二)激光器的三大组成系统抽运系统: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

7、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

8、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