激光外差干涉测长与测振

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1、§1-6激光外差干涉测长与测振韦宏艳光探测方法光（强）的探测方法分为直接探测法（非相干探测）和外差探测法（相干探测）。直接探测简单实用，外差探测灵敏度高，探测目标时的作用距离远。直接探测的基本原理：所谓直接探测是将待测光信号直接射入到光探测器光敏面，光探测器响应于光辐射强度而输出相应的电流或电压，探测系统可经光学天线或直接由探测器接收光信号，在其前端可经过频率滤波（如滤光片）和空间滤波（如光阑）处理。接收到得光信号入射到光探测器的光敏面上。光外差探测的基本原理：外差探测技术是利用光的相干性对光所携带的信息进行探测。它只有采用相干性好激

2、光器作光源才能实现。从理论上说，它能准确探测到光波振幅和频率所携带的信息，比直接探测有更大的信息容量和更低的探测极限。引言：单频激光干涉仪的光强信号及光电转换器件输出的电信号都是直流量，直流漂移是影响测量准确度的重要原因，信号处理及细分都比较困难。为了提高光学干涉测量的准确度，七十年代起有人将电通讯的外差技术移植到光干涉测量领域，发展了一种新型的光外差干涉技术。概念：光外差干涉是指两只相干光束的光波频率产生一个小的频率差，引起干涉场中干涉条纹的不断扫描，经光电探测器将干涉场中的光信号转换为电信号，由电路和计算机检出干涉场的相位差。特点

3、：克服单频干涉仪的漂移问题；细分变得容易；提高了抗干扰性能。激光外差干涉测试技术4激光外差干涉测试技术(一)激光外差干涉测试技术原理①外差干涉技术原理设测试光路和参考光路的光波频率分别为ω和ω+Δω，则干涉场的瞬时光强为由于光电探测器的频率响应范围远远低于光频ω，它不能跟随光频变化，所以式中含有2ω的交变项对探测器的输出响应无贡献。干涉场中某点（x，y）处光强以低频Δω随时间呈余弦变化§5-5激光外差干涉测试技术(一)激光外差干涉测试技术原理①外差干涉技术原理在干涉场中，放入两个探测器，一个放在基准点(x0,y0)处，称之为基准探测器

4、，其输出基准信号i(x0,y0,t)，另一个放在干涉场某探测点(xi,yi)处，称之为扫描探测器，输出信号为i(xi,yi,t)。将两信号相比，测出信号的过零时间差Δt，便可知道二者的光学位相差由控制系统控制扫描探测器对整个干涉场扫描，就可以测出干涉场各点的位相差。扫描探测器（xi,yi）基准探测器（x0,y0）（a）Δt1/Δνti(x,y,t)（b）外差干涉图样和电信号激光外差干涉测试技术（一）激光外差干涉测试技术原理②激光外差干涉仪的光源外差干涉需要双频光源。其频差根据需要选定。1）塞曼效应He-Ne激光器——可得到1~2MHz

5、的频差2）双纵模He-Ne激光器——频差约600MHz（较大）3）光学机械移频当干涉仪中的参考镜以匀速v沿光轴方向移动时，则垂直入射的反射光将产生的频移为。如果圆偏振光通过一个旋转中的半波片，则透射光将产生两倍于半波片旋转频率f的频移，即。（一）激光外差干涉测试技术原理②激光外差干涉仪的光源3）光学机械移频在参考光路中放入一个固定的1/4波片和一旋转的1/4波片，如果固定1/4波片的主方向定位合适，它可以把入射的线偏振光转变为圆偏振光。该圆偏振光两次穿过旋转的1/4波片，使其产生2f的频移。圆偏振光再次穿过固定1/4波片后又恢复为线偏

6、振光，但频率已发生偏移。垂直于入射光束方向移动（匀速）光栅的方法也可以使通过光栅的第n级衍射光产生的频移，此处f是光栅的空间频率，V是光栅移动速度。激光外差干涉测试技术（一）激光外差干涉测试技术原理②激光外差干涉仪的光源4）声光调制器利用布拉格盒（BraggCell）声光调制器可以起到与移动光栅同样的移频效果。这时超声波的传播就相当于移动光栅，其一级衍射光的频移量就等于布拉格盒的驱动频率f，而与光的波长无关。激光外差干涉测试技术主要内容一、双频激光外差干涉二、双频激光外差干涉的应用三、条纹小数重合法原理四、红外双线氦氖激光绝对干涉测长

7、系统数据处理双频激光器1/4波片准直系统可动角隅棱镜检偏器v探测器前置放大器f2f1f1±Δff2f1f2f1±Δf双频激光器外差干涉测长原理图偏振分光镜f2－f1f2－（f1±Δf）一、双频激光外差干涉仪光源:双频He-Ne激光器在全内腔单频He—Ne激光器上加上约300×10-4T的轴向磁场由于塞曼效应和频率牵引效应，使该激光器输出一束有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，它们的频率差△V约为1．5MHz双频激光器1发出双频激光束通过1／4波片2变成两束振动方向互相垂直的线偏振光(v1垂直于纸面，v2平行于纸面)，一小部分被反射到检

8、偏器5上，检偏器的透光轴与纸面成450一部分光束透过分束镜4沿原方向射向偏振分束棱镜8。偏振方向互相正交的线偏振光被偏振分束镜按偏振方向分光，v1被反射至参考角锥棱镜9，v2则透过8到测量角锥棱镜10工作原理经光束扩束器