光电检测技术ppt课件.ppt

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1、 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观一、光学干涉和干涉测量 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每

2、学期的视力测查中情况都不容乐观S1S2PyxtiyxtieayxEeayxE,22,112211,),(yxtyxyxAyxtaaaayxI,cos,1,cos2,212221干涉条纹的强度分布干涉条纹的强度分布 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观2221,aayxA2221212,aaaayx条纹光强的直流分量条纹光强的对比度AI Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐

3、观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观),(000va载波器解调器参考光路调制器被测参量单色光源测量光路U0),(000va),(000 vvaLtL /v Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观调制器L rLs激光器光学隔离器光电检测器参考镜测量镜)(tv)(t),(cos2),(212221tyxaaaatyxI Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的

4、窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观nL2LnnL2引起光程发生变化的参量有：引起光程发生变化的参量有：几何距离、位移、角度、速度、几何距离、位移、角度、速度、温度引起的热膨胀等温度引起的热膨胀等引起折射率发生变化的参量有：引起折射率发生变化的参量有：介质成分、密度、环境温度、介质成分、密度、环境温度、介质周围电场、磁场等介质周围电场、磁场等当相干光束的频率相同时，若被测量变化使相干

5、光波的相位发生变化，再通过干涉作用把光波相位的变化转变为振幅的变化单频光波相位调制。相位调制的干涉仪有：迈克尔逊干涉仪、吉曼干涉仪、马赫-泽德干涉仪、萨古纳克干涉仪和法布里-珀罗干涉仪 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观激光器固定镜分束镜2分束镜1测量镜检测器马赫马赫- -泽德干涉仪泽德干涉仪激光器测量镜传感器固定镜d检测器法布里法布里- -珀罗干涉仪珀罗干涉仪2sin1412220RRIInl输出分束镜有两束干涉光输出；l回馈到激光器的散射光较少；l可移动测量镜引入被测位移。0

6、4 nd相邻反射光束间的相位差l平面镜之间相对位移；l平面镜内介质折射率 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观L激光器光电检测器参考镜测量镜I1I2i单频光相干时，合成信号的瞬时光强为用 的平均值 等效该积分值),(cos2),(212221tyxaaaatyxIdttaaaatI0212221)(cos12)(00cos)(cos1dtt t0 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中

7、情况都不容乐观00cos)(cos1dtttaaaatI0212221cos2)(0sin2siniLnc1.光的单色性对相干度的影响2.光源的光束发散角的影响式中，比例因子称为两光束的相干度；越大，光强随相位的变化越明显；=0时，合成光强只有直流成分，与相位无关202sinLc00cos)(cos1dtt Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观xDaaaaxI2cos2)(212221x02122210212221021222122/2/2/02cos22cossin22cos20

8、0 xDaaaaKhlxDDlDlaaaaKhldxxDaaaadyKIhhlxlxs10sinDlclh称作光电转换混频效率； Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观l 当当l/D0,=1时光电信号交变分量幅度最大时光电信号交变分量幅度最大;l 当当l=D,=0时；光电信号只有直流分量。时；光电信号只有直流分量。021222102cossin2xDDlDlaaaaKhlIs为了增大为了增大，可以通过减少，可以通过减少l 值或者加值或者加大条纹宽度大条纹宽度D的方法。的方法。 Cha

9、pter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 22000( , )2cos( , )rrrI x yaaax ax y将光束扩束成平面波照射到被测物体上，干涉场是一组二维干涉图；通过对干涉图的分析，可以获得折射率分布和物体变形量。 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观将参考光束的相位进行人为随时间进行调制，使干涉图上各点处的光学相位变换为相应点时序信号的相位。 Chapter 7:

10、相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观看成看成r的函数，可以表示直流分量和基波分量的傅里叶级数的函数，可以表示直流分量和基波分量的傅里叶级数形式形式 rrrxUxUxUxIsincos),(210 )(cos2)(00220 xaxaaaxIrrrnpjnjrj, 2 , 12考虑一维情况，干涉面上任意一点考虑一维情况，干涉面上任意一点x的光强可表示为的光强可表示为令r在在2周期内每次改变周期内每次改变1/n周期，共采样周期，共采样p个周期，即个周期，即rt Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是

11、心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 rjrjrxUxUxUxIsincos),(210 220011212,cos2,sinrnprjrjjnprjrjjUxaxaUxI xnpUxI xnp10)sincos(2)(nnntnbtnaaty傅里叶展开级数令rj对应的干涉强度为对应的干涉强度为则各系数表示为：则各系数表示为： tdtntfTbtdtntfTadttfTaTTnTTnTTsin2cos212/2/2/2/2/2/0上式是干涉场亮度变化周期函数的最佳拟合，上式是干涉场亮度变化周期函数的最佳拟合，则被测物体表面相位

12、信息为则被测物体表面相位信息为 021xarctg UxUx Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)sin()()sin()(0000tatUtatUssss)(cos2)(cos2

13、)22cos()22cos(2)()(2)()()()(00000000202202020220ssssssssssssshstaataatataaaKtUtUtUtUKtUtUKI Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)2cos(0ftaKaIshs0ssI0s0ss220f Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观MnnnnstmAtFAta100cos1)(1)()(

14、)(cos2)()(cos2cos)cos()cos(110010000100nnMnnnnMnnMnnnnhstmAKatmAKatAKattmAKaI从中可以看到，信号光波振幅上所载荷的调制信号的双边带转换到外差信号上。 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)cos(0aKaIshs)cos(2)cos(2)cos(110000nnMnnnnMnnhstmtmAKaAKaI表明零差信号也可以无畸变获得信号的原形，只包含了本征光振幅的影响MnnnnstmAtFAta100cos1

15、)(1)( Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观率是信号光和本征光的功和0002PPPPKaKaIssshsm Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观sssdshsPPPKPPKIIG022022244 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观sshsPPhqPK

16、PI020222外差信号电流均方功率022PhqfqIn散粒噪声fhPSNRh0fhPhmin外差探测可以检测到更小的入射外差探测可以检测到更小的入射功率，有利于弱光信号的检测。功率，有利于弱光信号的检测。 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)cos()(0000tatU)cos()sin2cos()(1xtaxtatUsssss

17、sssx Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)()()(0tUtUtUst是单位面积光电灵敏度KddtaaKdisssIF22sin)()(cos110002ssin21 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 22sin11dd122sin11ddddssin121 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的

18、重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)2sin(2sin2vf多普勒测速基本公式对运动参量进行检测时，被测运动参量直接对运动参量进行

19、检测时，被测运动参量直接对参考光波的频率进行调制，形成与参考光对参考光波的频率进行调制，形成与参考光有一定频差的信号光，这种频率调制方法称有一定频差的信号光，这种频率调制方法称为参量调频法。为参量调频法。 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观检测器激光器经过反射镜M2的光束作为参考光束；透过半反射镜M1的光束被颗粒散射 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观激光器探测器两

20、束对称的散射光载荷两个对称方向的多普勒频移信号，在光电探测器形成外差信号。 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观声波声波2sssmmfff0 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观cv2cdvd Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观)(ti调制器L rLs激光

21、器光学隔离器光电检测器参考镜测量镜)(tv)(tb Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观LcLnvLn/2/200)(ti)(tvcLvntb/2)(0 tIItIbmscos)(0nLcvnL22 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观FfF 光载波光调制外差检测测频测相rf ,f,ffrrf , f调频外差信号检测示意图 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是

22、心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观 11012202expexpVVa tjtatjt 11012202expexpHHa tjtatjt 221121222212122cos2cossdsdIK atata t attIK atata t att设进入VD1的两束垂直偏振光 进入VD2的两束平行偏振光则光电探测器上混频得到外差信号1122,k vk v差分输出 12124c

23、osssdIIIKa t a tt Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观21, ffM3激光器光学隔离器光电检测器2参考镜测量镜M4M2M1F1F212ff 1f2fff1fff12光电检测器1 Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观激光器固定镜分束镜2分束镜1探测器1探测器2双频切换干涉法信号解调示意图)(ti马赫马赫-泽德尔干涉仪泽德尔干涉仪 tIItIbmscos)(001b22bsincosarctan Chapter 7: 相干变换与检测方法眼睛是心灵的窗户，是人体中最宝贵的感觉器官，可很多孩子对眼睛的重要性不重视。在每学期的视力测查中情况都不容乐观