光电检测技术（乌兰图雅）08 光电信息变换2014.pptVIP

* 使用窄光束单频光的干涉测量系统，检测对象是干涉条纹波数或相位随时间的变化，为一维空间单频光的相位调制，适用于被测对象为物体的整体位移或运动。 2、单频光相干的条纹检测 当激光束扩束成为平行光照射到被测物体时，会形成由干涉条纹组成的平面干涉图像。它反映了被测物面微观面形的几何参量的变化，是二维空间单频光的相位调制。 光源 检测 ⑴干涉条纹光强检测法 * 条纹光强检测法主要利用光学干涉仪的双光束或多光束的干涉作用，以光电元件直接检测条形或同心圆环形干涉条纹的光强变化实现测量。 当角反射镜M2随被测物移动λ/2时、汗涉条纹的光强发生一个周期变化。采用光电接收器计数干涉条纹数目的增减和条纹间隔间的相位关系，即能确定被测物的位置变化。 ⑵干涉条纹比较法 采用两束不同光频的相干光源，其中一束光频为已知，另一束是未知的。则对应测量臂的位移，两光束各自形成干涉条纹。经光电检测后形成二种频率的电信号。通过电信号频率的比较可以计算出未知光波的波长。这种对应同一位移、比较波长不同的两个光束干涉条纹变化频率的方法称作干涉条纹比较法。 * ⑶干涉条纹跟踪法 这是一种平衡测量法。在干涉仪测量镜位置变化时，通过光电接收器实时地检测出干涉条纹的变化。同时利用控制系统使参考镜沿相应方向移动，以维持干涉条纹保持静止不动。这时，根据参考镜位移驱动电压的大小可直接得到测量镜的位移。这种方法能避免干涉测量的非线性影响，并且不需要精确的相位测量装置。但是所用跟踪系统的固有惯性限制了测量的快速性，只能测量10kHz以下的位移变化。 * 3、双频光相干的条纹检测 * 双频光的差频检测是将包含有被测信息的相干光调制波和作为基准的本级振荡光波在满足波前匹配的条件下，在光电探测器上进行光学混频，光电探测器的输出是频率为二光波的差频电信号。 与非相干检测的直接检测法相比，差频检测具有灵敏度高、输出信噪比高、精度高、探测目标的作用距离远等优点。 * 差频信号（或称拍频）的获得，主要是利用平方律特性的光电探测器。例如，光电倍增管在较弱光强的情况下，输出光电流和输入光振幅的平方成正比这个特点。即 探测原理 * * 双频激光干涉仪的原理图 * 运动物体能改变入射于其上的波动性质（例如波动频率），这种现象称作多普勒效应，其中对入射光波频率的改变称作光学多普勒效应。对光学多普勒现象的分析表明：频率为f0的单色光作用到以速度υ运动的散射物体上，被物体散射的光波频率fs会产生附加的频率偏移Δf，称作多普勒频移。 * ⑴双频激光装置L产生频率相差几兆赫兹的二种频率的激光f1和f2。 ⑵它们在基准光束分光镜M1上分作二束。 ⑶其中，反射光中的f1和f2在光电检测器PD1上混频，得到二光频的差频信号作为参考信号。 ⑷透射光受干涉反射镜M2反射，经光学滤光器F2得到频率为f2的单频激光，它由参考用角反射镜M3反射后成为干涉仪的参考光束。 ⑸透过M2的光束经光学滤光器F1后得到频率为f1的单频激光，经测量用角反射镜M4的反射，附加了镜面运动引起的多普勒频移Δf，以f1±Δf的光频在光电检测器PD2中和参考光频f2相混频，得到光学差频信号f2-(f1±Δf)＝(f2-f1)±Δf 。这相当于多普勒频移Δf对光学差频(f2-f1)的频率调制。 * ⑹由于光学差频(f2-f1)频率已进入到电信号处理的通频带内，因此，将PD1和PD2中检测到的两路外差信号经过电信号混频或作频率计数相减运算，即可以得到表征物体运动速度的光学差频信号Δf，并有 ⑺若用积分器累加差频信号的相位变化或者对差频信号的波数N计数，可得： 其中L为运动物体的位移。 8.5 时变光电信息的调制 * 调制是光电系统中的一个重要环节。 光辐射调制是指改变光波振幅、强度、相位或频率、偏振等参数使之携带信息的过程。 调制的目的是对所需处理的信号或被传输的信息做某种形式的变换， 使之便于处理、传输和检测。 调制的优点 抑制背景光的干扰： 抑制系统中各环节的固有噪声和外部电磁场的干扰： 因而采用调制的光电系统具有更高的探测能力 * 可以实现单色光波或复合光通量调制作用的装置称作调制器，调制器包括机电调制器，电光调制器，辐射源调制器和电子调制器。 * 一、机电调制器 * ⑴旋转光闸的第一个应用是对辐射光源的直流光通量进行调制。基本的光路布置如图所示。图中，1为辐射光源，2为聚光镜，3为调制盘，4为调制盘电机。根据调制盘通光孔的形状和调制盘面上照明光斑的形状不同，可以得到谐波形式、方波脉冲形式或锯形波等各种波形的调制光通量。 * ⑵旋转光闸的第二个用法是交替转接两路光束，如图所示。图中