光电测试技术- 激光外差干涉.ppt

激光外差干涉测试技术光电检测系统分类直接检测的基本原理激光外差干涉测试技术光外差探测系统一、光外差探测原理
光外差探测与直接探测相比较有许多优点，在直接探测中由于光的振动频率高达2×1013~7.5×1014Hz，振动周期T为5×10-14~1.3×10-15s(可见光到中近红外)，而探测器响应时间最短10-10s,它只能响应其平均能量或平均功率。在直接探测中，设光波动的圆频率为ω，
振幅为A，则光波f(t)写成
fs为信号光波，fL为本机振荡(本振)光波，这两束平面平行的相干光，经过分光镜和可变光阑入射到探测器表面进行混频，形成相干光场。经探测器变换后,输出信号中包含fc＝fs–fL的差频信号．故又称相干探测.
，入射到探测器上的总光场为设入射到探测器上的信号光场为：

本机振荡光场为：

入射到探测器上的总光场为：

；:量子效率；:光子能量；:差频。
式中第一、二项为余弦函数平方的平均值，等于1／2。
第三项（和频项）是余弦函数的平均值为零。而第四项（差频项）相对光频而言，频率要低得多。
当差频低于光探测器的截止频率时，光探测器就有频率为的光电流输出。激光外差干涉测试技术激光外差干涉测试技术声波的多普勒效应多普勒效应的应用光波的多普勒效应激光外差干涉测试技术光外差检测的特性光外差检测的特性系统对探测器性能的要求§4-4激光外差干涉测试技术§4-4激光外差干涉测试技术§4-4激光外差干涉测试技术§4-4激光外差干涉测试技术外差探测不仅可探测振幅和强度调制的光信号，还可探测频率调制及相位调制的光信号。这是外差探测的第一个优点。
二、光外差探测特性
1、转换增益
光探测器输出电流振幅为2．光谱滤波性能
如果取差频信号宽度ωc/2π=ωL-ωs/2π为信息处理器的通频带Δf，那么只有与本机振荡光束混频后在此频带内的杂光可以进入系统，其他杂光所形成的噪声均被信号处理器滤掉。因此，外差探测系统中不需要加光谱滤光片，其效果甚至比加滤光片的直接探测系统还好得多。
外差探测对背景光有强抑制作用。这是光外差探测的第三个优点。3．外差探测信噪比
如果入射到探测器上的光场不仅存在信号光波Ps，还存在背景光波Pb，输出信噪比为

说明外差探测的输出信噪比等于信号光波和背景光波振幅的比值，输人信噪比等于输出信噪比，输出信躁比没有任何损失。这是外差探测的第四个优点。

但是，当本振光功率足够大时，本振光产生的散粒噪声远大于其他噪声。本振光功率继续增大时，由本振光所产生的散粒噪声随之增大，从而使光外差探测系统的倍噪比降低。
所以，在实际的光外差探测系统中要合理选择本振光功率的大小，以便得到最佳信噪比和较大的中频转换增益。
4、稳定性和可靠性较高
即使被测参量为0，载波信号仍保持稳定的幅度激光外差干涉测试技术四、光外差探测典型系统
1．干涉测量技术
(1)激光干涉测长的基本原理
(2)激光干涉测长仪的光路没置
该光路中，使用角锥棱镜代替了平面反射镜作为反射器，一方面避免了反射光束反馈回激光器而对激光器带来的不利影响，另一方面由于角锥棱镜的特点，使得出射光束与入射光束平行，而棱镜绕任一转轴的转动均不影响出射光束的方向，当它绕光学中心转动的角度不大时，它对光程的影响可以忽赂。
角锥棱镜的形状相当于立方体切下来的一个角，它的三个内表面作为光学反射面并相互垂直。当光从基面入射，可在三个直角面上依次反射，仍从基面出射。出射光线与入射光线总保持平行。
2024/10/5(3)干涉信号的方向判别与计数
2024/10/5激光多普勒测速多普勒测速的频率调制方法激光多普勒测速的原理设：两光束的夹角为α，光波波长为λ，则干涉条纹的间距为：

干涉条纹的空间频率为：激光多普勒测速的特点激光多普勒测速的应用