光電檢測技術(shù)—第八章new

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1、本文由小恨有疆貢獻(xiàn)ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。第八章相干檢測方法與系統(tǒng)第八章相干檢測方法與系統(tǒng)掌握內(nèi)容–相干檢測系統(tǒng)理解內(nèi)容–形成各光電檢測系統(tǒng)的方法了解內(nèi)容–各光電系統(tǒng)的運(yùn)用第八章相干檢測方法與系統(tǒng)8.1相干檢測的基本原理8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法8.4光外差檢測方法與系統(tǒng)8.1相干檢測的基本原理相干檢測就是利用光的相干性對光載波所攜帶的信息信號進(jìn)行檢測和處理，它只有采用相干性好的激光器作為光源才能實(shí)現(xiàn)。從理論上講，相干檢測能準(zhǔn)確檢測到

2、光波振幅、頻率和相位所攜帶的信息。8.1相干檢測的基本原理但由于光波的頻率很高，迄今為止的任何光電探測器都還不能直接感受光波本身的振幅、相位、頻率及偏振的變化，而只能探測光的強(qiáng)度。因此，光的這些特征參量最終都須轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)的變化進(jìn)行探測。而這種轉(zhuǎn)換就必須通過干涉測量技術(shù)。8.1相干檢測的基本原理（一）光學(xué)干涉和干涉測量–光干涉是指可能相干的兩束或多束光波相疊加，它們的合成信號的光強(qiáng)度隨時間或空間有規(guī)律的變化。–干涉測量的作用就是把光波的相位關(guān)系或頻率狀態(tài)以及它們隨時間的變化關(guān)系以光強(qiáng)度的空間分布或隨時間變化的形式檢測出來。8.1相干

3、檢測的基本原理–干涉條紋的強(qiáng)度信息和被測量的相關(guān)參數(shù)相對應(yīng)。對干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)或?qū)l紋形狀進(jìn)行分析處理，可以得到相應(yīng)的被測信息。8.1相干檢測的基本原理（二）干涉測量技術(shù)中的調(diào)制和解調(diào)–干涉測量實(shí)質(zhì)是被測信息對光載波的調(diào)制和解調(diào)的過程。–各種類型的干涉儀或干涉裝置是光頻載波的調(diào)制器和解調(diào)器。–幅值調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制、偏振調(diào)制、光波譜調(diào)制。8.1相干檢測的基本原理8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用能形成干涉現(xiàn)象的裝置是干涉儀。作用：將光束分成兩個沿不同路徑傳播的光束，在其中一路中引入被測量，產(chǎn)生光程差后，再與另一路參考光重新合成為一束光

4、，一邊觀察干涉現(xiàn)象。8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用1、典型的雙光束干涉系統(tǒng)8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用2、多光束干涉系統(tǒng)8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用3、光纖干涉儀8.2基本干涉系統(tǒng)及應(yīng)用8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法當(dāng)兩束相干光束的頻率相同時，若被測量變化使相干光波的相位發(fā)生變化，再通過干涉作用把光波相位的變化變換為振幅的變化，這個過程稱為單頻光波的相位調(diào)制。8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法一、相位調(diào)制與檢測的原理–干涉條紋的強(qiáng)度取決于相干光的相位差，而相位差又取決于光傳輸介質(zhì)的折射率n對光的傳播距離d

5、s的線積分。=2πλ0(L?n+n?L)–光波傳播介質(zhì)折射率和光程長度的變化都將導(dǎo)致相干光相位的變化，從而引起干涉條紋強(qiáng)度的改變。8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法二、干涉條紋的檢測方法–被測參量一般是通過改變干涉儀中傳輸光的光程而引起對光的位相調(diào)制。–它以干涉條紋的變化反映被測參量的信息。–干涉條紋檢測實(shí)際是檢測干涉條紋的光強(qiáng)度分布或其隨時間的變化。–基本的條紋檢測法包括條紋光強(qiáng)檢測法、條紋比較法和條紋跟蹤法。8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法1、干涉條紋光強(qiáng)檢測法在干涉場中確定的位置上用光電元件直接檢測干涉條紋的光

6、強(qiáng)變化稱為條紋光強(qiáng)檢測法。8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法單頻光相干時，合成信號的瞬時光強(qiáng)為：I(x,y,t)=a+a2+2a1a2cos[?(t)]212LI=I0[1+δcos(2πn)]λ8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法2、干涉條紋比較法–對應(yīng)同一位移，比較不同波長的兩個光束干涉條紋的變化差異的方法稱作干涉條紋比較法。–從這種原理出發(fā)，設(shè)計(jì)出了許多精確測量波長的波長計(jì)。8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法條紋比較法波長測量原理圖1－半透半反鏡2，3－圓錐角反射鏡nλ=(1+)MNnλrB8.3同頻率相干信

7、號的相位調(diào)制與檢測方法3、干涉條紋跟蹤法–干涉條紋跟蹤法是一種平衡測量法。–在干涉儀測量鏡位置變化時，通過光電接收器實(shí)時地檢測出干涉條紋的變化。同時利用控制系統(tǒng)使參考鏡沿相應(yīng)方向移動，以維持干涉條紋保持靜止不動。–根據(jù)參考鏡位移驅(qū)動電壓的大小可直接得到測量鏡的位移。8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法條紋跟蹤法干涉系統(tǒng)示意圖8.3同頻率相干信號的相位調(diào)制與檢測方法圖8-9二次相位調(diào)制方框圖8.4光外差檢測方法與系統(tǒng)相干檢測的主要方式是外差檢測。兩不同頻率相干光信號的相位調(diào)制與檢測。激光通信、雷達(dá)、測長、測速等。距離遠(yuǎn)、測量精度

8、高。相干性要求極高。8.4.1光外差檢測原理光學(xué)外差檢測利用兩束頻率不相等的相干光（包含有被測信息的相干光調(diào)制波和作為基準(zhǔn)的本機(jī)振蕩光波），在滿足波前匹配條件下在光電探測器上進(jìn)行光學(xué)混頻。探測器的輸出時頻率為兩光波光頻差的拍頻信號。含調(diào)制信號的振幅