激光外差探测系统的研究

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1、清华大学2012届毕业论文目录1引言11.1课题研究的背景及意义11.1.1激光测量方法11.1.2激光测量分类11.1.3激光测试的特点11.1.4激光测试的应用领域21.1.5激光外差探测技术21.1.6激光外差干涉测量系统31.1.7激光外差干涉仪31.1.8课题研究意义31.2国内外研究状况31.3本文主要研究内容42外差原理52.1光外差原理52.2光外差探测的特性62.3光外差探测的应用93激光外差探测系统的特性研究153.1激光外差信噪比的研究153.1.1信噪比定义153.1.2激光外差探测屮的信噪比153.1.

2、3理论分析153.1.4外差效率的数值模拟183.2影响激光外差高精度计量的儿个关键因素223.2.1误差来源223.2.2影响测量精度的几个重要因索233.2.3确保测量精度的一些办法304结论31参考文献33第I页共II页351引言1.1课题研究的背景及意义1.1.1激光测量方法激光的亮度，高相干性和高准直性，使光学检测方法产生革命性的变化，并有可能对过去不能测屋对象进行测屋。提高了测量精度，已达伽(10-9m)量级，并使测量智能化。国际上倾向性的看法是：激光测量是一门综合性实用技术，能记录、分析激光与被研究对彖相互作用而发

3、生变化的光波场参数，以便测出被研究对彖的动力学参数，声学参数，重力场参数，热力学参数，电磁学参数，光学参数和微观信息等。即可用激光检测的方法探测、声、光、热、屯磁、力学等物理参数，长度、角度、表面光洁度等几何参数以及化学参数。1.1.2激光测量分类①干涉法：T涉测长②衍射法：测微小尺寸③光扫描法：扫描测径，扫描对准④准直法：准直仪⑤光脉冲法：激光脉冲测距——精度m⑥光调制法：激光相位测距——精度nrni⑦多谱勒法：测流体速度⑧全息法：测变形⑨散斑法：测微位移⑩光谱法：测大气污染，测化学成分11数字图像法：(CCD成像)OCT12

4、傅里叶频谱法：指纹检测13莫尔条纹法：莫尔条纹法测量角度、莫尔偏析法测焦透镜焦距等、等高莫尔法测三维物体。1.1.3激光测试的特点①非接触：无接触力，柔性②高灵敏度③高精度④三维性⑤相关性，高低温⑥实时性⑦抗干扰性（电磁干扰）⑧通信保密性：光通信的定向性，光纤的保密性1.1.4激光测试的应用领域♦军事领域1.跟踪：红外制导导弹2•激光测距：测距机、激光雷达、激光探潜1•激光预警♦工业领域1.长度、角度、光洁度2.声光、热电磁♦生物科学1.OCT,探测组织对激光的吸收2.血流（激光Doppler测量）♦环境科学1.测大气污染2.地

5、形地貌测量♦公安系统1.指纹测屋2.等高莫尔条纹（人体形测量）1.1.5激光外差探测技术激光外差探测技术是将频率不同的本振光和信号光做相干叠加，用探测器來实现对两者差频频率的探测，其特点在于将高频的光波信号转换成屮低频率的包络信号来实现频率测量。外井探测的灵敏度高，通过提高木振光的强度，可实现对微弱信号探测，灵敏度比直接探测高出好几个数量级。该技术有着良好的噪声滤除能力、抗干扰能力强，基于其实时性、可溯源性和高分辨率等优点，已被广泛应用于纳米分辨力和人动态测量范I韦I的精密定位和位移监测。1.1.6激光外差干涉测量系统⑴激光外差

6、T涉测量系统是日前最常用的激光测量系统之一，它不仅被用于长度测量，而且述用于工业中位移、角度、直线度、平面度等方面的测量和与几何量测量相关领域的测量，特别是在纳米量级的位移和面形的测量。1.1.7激光外差干涉仪⑵激光外差干涉仪是激光外差干涉系统的试机应用，激光外差干涉仪具有测量速度快，精度高，抗干扰能力强，重复性好的优点，己经应用于超精密测量、检测、加工、激光雷达等领域。特别在合成孔径激光雷达中，需要探测冋波信号的幅度信息和相位信息等.在光波波段相位信息更是需要通过光外差探测的方法来获得。1.1.8课题研究意义木课题的主要0的是

7、针对激光外差探测系统的一些主要特性、重要参数进行研究与探讨。例如影响激光外差高精度计量的几个关键因素，激光外差探测信噪比研究等。对于计量精度方面，本课题会对具中儿个垂耍的关键因索进行分析，除环境因素之外，影响激光外差计量精度的4个关键因素，即频率混叠、不同被测金属的相位跳变、被测表面的倾斜及物镜的数值孔径；木课题将利用激光外差及矢量分析理论，深入研究频率混叠误差和相位跳变误差的成因、变化规律，并将讨论提高测量系统精度的有效措施•这对正确设计和调试激光外差测试系统、提高测量系统精度具有重要意义.对于信噪比方面，在木振噪声为主要噪声

8、的探测系统中，光场在探测器光敏面上的分布决定外差效率的大小，从而影响系统的信噪比和性能。木课题将从理论上给出计算外差效率和信噪比的一般公式，并用数值模拟的方法对光外差进行研究，此方法对于齐种光场分布的光外差探测系统都有效，这会为实际中设计出高效的外差探测仪提供一