球王会官方第五讲激光外差干与测长与测振

　　光勘探办法 光（强）的勘探办法分为直接勘探法（非相干勘探）和外差探 测法（相干勘探）。直接勘探简略有用，外差勘探灵敏度高， 勘探方针时的作用间隔远。 ? 直接勘探的基本原理： 所谓直接勘探是将待测光信号直接射入到光勘探器光敏面，光探 测器呼应于光辐射强度而输出相应的电流或电压，勘探体系可 经光学天线或直接由勘探器接纳光信号，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。接纳到得光信 号入射到光勘探器的光敏面上。 ? 光外差勘探的基本原理： 外差勘探技能是使用光的相干性对光所带着的信息进行勘探。它 只要选用相干性好激光器作光源才干完成。从理论上说，它能 精确勘探到光波振幅和频率所带着的信息，比直接勘探有更大 的信息容量和更低的勘探极限。 ? 激光外差干与测验技能 ? 导言：单频激光干与仪的光强信号及光电转化器材输出 的电信号都是直流量，直流漂移是影响丈量精确度的重 要原因，信号处理及细分都比较困难。 为了进步光学干与丈量的精确度，七十年代起有人将电 通讯的外差技能移植到光干与丈量范畴，开展了一种新 型的光外差干与技能。 概念：光外差干与是指两只相干光束的光波频率发生一 个小的频率差，引起干与场中干与条纹的不断扫描，经 光电勘探器将干与场中的光信号转化为电信号，由电路 和计算机检出干与场的相位差。 特色：战胜单频干与仪的漂移问题； 细分变得简单； 进步了抗干扰功能。 ? ? ? ? ? 激光外差干与测验技能 因为光电勘探器的频率响 应规模远远低于光频ω， (一) 激光外差干与测验技能原理 它不能跟从光频改变，所 以式中含有2ω的交变项 ? ①外差干与技能原理 对勘探器的输出呼应无贡 ? 设测验光路和参阅光路的光波频率分别为ω和ω+Δω，则 献。 干与场的瞬时光强为 2 I ( x, y, t ) ? ?Er cos(? ? ?? )t ? Et cos??t ? φ( x, y)?? 1 2 干与场中某点（x， 1 y） 2 ? Er ?1 ? cos 2(? ? ?? )t ? ? Et ? 1 ? cos 2??t ? φ( x,y)?? 2 2 处光强以低频Δω随 ? Er Et cos?(时刻呈余弦改变 2? ? ?? )t ? φ( x,y)? ? Er Et cos???t-φ( x,y)? 2 r 2 t i( x, y, t ) ? E / 2 ? E / 2 ? Er Et cos[??t ?φ ( x, y)] 3 扫描勘探器（xi, yi） §5-5 激光外差干与测验技能 i(x, y, t) (一) 激光外差干与测验技能原理 t ? ①外差干与技能原理 Δt 1/Δν 基准勘探器（x0, y0） ? 在干与场中，放入两个勘探器，一个放在基准点 (x0, y0) 处，称之为基准勘探器，其输出基准信号i(x0, y0, t)，另 （ a） ） 一个放在干与场某勘探点 (xi,（ yb i)处，称之为扫描勘探器， 外差干与图样和电信号 输出信号为 i(xi, yi, t) 。将两信号比较，测出信号的过零 时刻差Δt，便可知道二者的光学位相差 φ( x, y) ? φ( x0 , y0 ) ? ???t ? 2π?t /(1/ ?v) ? 由操控体系操控扫描勘探器对整个干与场扫描，就能够 测出干与场各点的位相差。 激光外差干与测验技能 （一）激光外差干与测验技能原理 ? ②激光外差干与仪的光源 ? 外差干与需求双频光源。其频差根据需求选定。 ? 1）塞曼效应He-Ne激光器——可得到1~2MHz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 ? 当干与仪中的参阅镜以匀速v 沿光轴方向移动时，则 v/? 笔直入射的反射光将发生的频移为 ?? ? 2 。 ? 假如圆偏振光经过一个旋转中的半波片，则透射光将 发生两倍于半波片旋转频率f 的频移，即 ?v ? 2 f 。 激光外差干与测验技能 （一） 激光外差干与测验技能原理 ? ②激光外差干与仪的光源 ? 3）光学机械移频 ? 在参阅光路中放入一个固定的1/4波片和一旋转的1/4波片，假如 固定1/4波片的主方向定位适宜，它能够把入射的线偏振光改变 为圆偏振光。该圆偏振光两次穿过旋转的1/4波片，使其发生2f的 频移。圆偏振光再次穿过固定1/4波片后又康复为线偏振光，但 ?v ? 2 f 频率已发生偏移 。 ? 笔直于入射光束方向移动（匀速）光栅的办法也能够使经过光栅 的第n级衍射光发生的 ?v ? nVf 频移，此处f 是光栅的空间频率， V是光栅移动速度。 激光外差干与测验技能 （一） 激光外差干与测验技能原理 ? ②激光外差干与仪的光源 ? 4）声光调制器 ? 使用布拉格盒（BraggCell）声光调制器能够起到与移动 光栅相同的移频作用。这时超声波的传达就相当于移动 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。 主要内容 一、双频激光外差干与 二、双频激光外差干与的使用 三、条纹小数重合法原理 四、红外双线氦氖激光肯定干与测长体系 一、双频激光外差干与仪 光源: 双频He-Ne激光器 因为 ? t 0 ?fdt＝? t 2v 0 所以 L ? ? N ? ? ? ?f dt 在全内腔单频He—Ne激光器上加上约 300 ×10-4T 2 的轴向磁场 2 0 ? ? dt＝ ? ? ?0 t 2 t 2 vdt＝ L ? 因为塞曼效应 1/4波片 和频率牵引效 应，使该激光 双频激光器 f2 器输出一束有 f1 两个不同频率 检偏器 的左旋和右旋 圆偏振光 ，它 f2－f1 们的频率差△V 约为1．5MHz 准直体系 f2 偏振分光镜 v f1 可动角 隅棱镜 f1±Δf f2 勘探器 前置 放大器 f1±Δf 数 据 处 理 f2－（f1±Δf