激光多普勒測(cè)速講解ppt課件

1、1,第6章 激光在精密測(cè)量中的應(yīng)用（3,6.5 激光多普勒測(cè)速 6.6 環(huán)形激光測(cè)量角度和角加速度,2,6.5 激光多普勒測(cè)速,激光多普勒測(cè)速的原理：用一束單色激光照射到隨流體一起運(yùn)動(dòng)的微粒上，測(cè)出其散射光相對(duì)于入射光的頻率偏移，即所謂的多普勒頻移，進(jìn)而確定流體的速度,3,運(yùn)動(dòng)微粒上接收到的光源入射光的頻率,如圖6-30所示，靜止光源O發(fā)出一束頻率為 的單色光，該單色光入射到與被測(cè)流體一起運(yùn)動(dòng)(速度為 )的微粒Q上，微粒Q接收到的光的頻率是,圖6-30 頻率為 的單色光入射到速度為 的微粒Q,4,靜止接收器上接收到的運(yùn)動(dòng)微粒散射光的頻率,如圖6-31所示，因此在S處接收到的散射光的頻率應(yīng)為 常

2、采用差頻法測(cè)量多普勒頻移。 即將入射光與散射光混頻，兩束光“混頻”產(chǎn)生的拍頻信號(hào)的頻率就是多普勒頻移,圖6-31 S處接收到的微粒Q散射光 的頻率,5,差頻法測(cè)速,可分為兩類： 參考光束型多普勒測(cè)速：檢測(cè)散射光和入射光之間的頻移（多普勒頻移）； 雙散射光束型多普勒測(cè)速：檢測(cè)兩束散射光之間的頻差（多普勒頻差,6,參考光束型多普勒測(cè)速,圖6-32所示為參考光束型測(cè)速方法的光路的原理圖 設(shè) 和 分別表示參考光和散射光的電矢量的瞬時(shí)值 則 合成光強(qiáng)I應(yīng)正比于合成電矢量的模平方，由四項(xiàng)組成,7,參考光束型多普勒測(cè)速(續(xù),光電倍增管實(shí)際感受到的合成光強(qiáng)可表示為 光電倍增管輸出的光電流正比于它接收到的光強(qiáng)，

3、用復(fù)指數(shù)函數(shù)的實(shí)部表達(dá)它的規(guī)律為,多普勒頻移為,如圖6-32可得,若入射光在真空中的波長(zhǎng)為i，則有,8,雙散射光束型多普勒測(cè)速,雙散射光束型測(cè)速方法是通過(guò)檢測(cè)在同一測(cè)量點(diǎn)上的兩束散射光的多普勒頻差來(lái)確定被測(cè)點(diǎn)處流體的流速的。如圖6-33所示為干涉條紋型,9,血液流速的測(cè)量,圖6-34是激光多普勒顯微鏡光路圖,10,光纖多普勒測(cè)速儀原理圖,圖6-35 用于血液流速測(cè)量的光纖激光多普勒測(cè)速儀原理圖,11,管道內(nèi)水流的測(cè)量,雙散射型測(cè)量光路,圖6-36 測(cè)量管道內(nèi)水流速度分布的激光多普勒測(cè)速系統(tǒng)原理圖,12,環(huán)形激光精密測(cè)角,Sagnac效應(yīng)：利用一種環(huán)形干涉儀，當(dāng)環(huán)形干涉儀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，沿順時(shí)針?lè)较騻鞑?/p>

4、和沿逆時(shí)針?lè)较騻鞑ギa(chǎn)生的光程差，測(cè)量該光程差引起的干涉條紋變化，達(dá)到測(cè)角的目的,圖6-37 環(huán)形干涉儀的Sagnac 效應(yīng),二者之差為,13,光纖陀螺,光纖陀螺也是基于Sagnac效應(yīng)。以長(zhǎng)度為的光纖繞成直徑為的由個(gè)圓圈組成的光纖圈，其直徑和圓面積可以分別表示為： 光程差則可以表示為 提高測(cè)角精度的方法：加大直徑、增加圈數(shù)。 實(shí)用的環(huán)形激光測(cè)角采用光纖陀螺儀,圖6-39 光纖陀螺儀示意圖,14,第5章 典型激光器介紹,各種工作物質(zhì)、運(yùn)轉(zhuǎn)方式的激光器不斷出現(xiàn)。 按工作波段分類：紅外和遠(yuǎn)紅外激光器、可見光激光器、紫外和真空紫外激光器、X射線激光器。 按運(yùn)轉(zhuǎn)方式分類：連續(xù)激光器、脈沖激光器、超短脈沖

5、激光器。 按激光器工作物質(zhì)分類：固體激光器、氣體激光器、染料激光器和半導(dǎo)體激光器,15,固體激光器,固體激光器是以摻雜離子的絕緣晶體或玻璃作為工作物質(zhì)的激光器。 常采用的固體工作物質(zhì)仍然是紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石(Nd3:YAG)等三種 。 固體激光器的特點(diǎn)：輸出能量大(可達(dá)數(shù)萬(wàn)焦耳)，峰值功率高(連續(xù)功率可達(dá)數(shù)千瓦，脈沖峰值功率可達(dá)千兆瓦、幾十太瓦)，結(jié)構(gòu)緊湊，牢固耐用。 廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、科研等方面，例如打孔、焊接、劃片、微調(diào)、激光測(cè)距、雷達(dá)、制導(dǎo)、激光視網(wǎng)膜凝結(jié)、全息照相、激光存儲(chǔ)、大容量通信等,16,Nd3:YAG激光器,突出優(yōu)點(diǎn)：閾值低和具有優(yōu)良的熱學(xué)性質(zhì)，這就使得它

6、適于連續(xù)和高重復(fù)率工作。 Nd3:YAG是目前能在室溫下連續(xù)工作的唯一實(shí)用的固體工作物質(zhì)，在中小功率脈沖器件中，特別是在高重復(fù)率的脈沖器件中，目前應(yīng)用Nd3:YAG的量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它固體工作物質(zhì)?？梢哉f(shuō)， Nd3:YAG從出現(xiàn)至今，大量使用，長(zhǎng)盛不衰,17,氣體激光器,氣體激光器是以氣體或蒸氣作為工作物質(zhì)的激光器。 與其它種類的激光器相比較，氣體激光器的突出優(yōu)點(diǎn):輸出光束的質(zhì)量好(單色性、相干性、光束方向和穩(wěn)定性等)。因此，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防和科學(xué)研究中，都有廣泛的應(yīng)用。 三種典型氣體激光器： He-Ne激光器：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、光束質(zhì)量好、工作可靠和制造容易等優(yōu)點(diǎn)，至今仍然是應(yīng)用最廣泛

7、的一種氣體激光器。主要譜線是0.6328m紅光，黃光(0.594m)、綠光(0.543m)和橙光(0.606m、0.612m,18,典型氣體激光器(續(xù),二氧化碳(CO2)激光器：是以CO2氣體分子作為工作物質(zhì)的氣體激光器。其激光波長(zhǎng)為10.6m和9.6m。 優(yōu)點(diǎn)：它既能連續(xù)工作，又能脈沖工作，輸出大，效率高。它的能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)(2025)，連續(xù)輸出功率可達(dá)萬(wàn)瓦量級(jí)，脈沖輸出能量可達(dá)萬(wàn)焦耳，脈沖寬度可壓縮到毫微秒。 被廣泛用于材料加工、通信、雷達(dá)、誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)、外科手術(shù)等方面，還可用于激光引發(fā)熱核反應(yīng)，激光分離同位素以及激光武器等,19,典型氣體激光器(續(xù),離子(Ar)激光器：以氣態(tài)離子的不同

8、激發(fā)態(tài)之間的激發(fā)躍遷進(jìn)行工作的氣體激光器。 Ar激光器的激光譜線很豐富，主要分布在藍(lán)綠光區(qū)，其中，以0.4880m藍(lán)光和0.5145m綠光兩條譜線最強(qiáng)。 Ar激光器既可以連續(xù)工作，又可以脈沖狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。連續(xù)功率一般為幾瓦到幾十瓦，高者可達(dá)一百多瓦，是目前在可見光區(qū)連續(xù)輸出功率最高的氣體激光器。 它已廣泛應(yīng)用于全息照相，信息處理，光譜分析及醫(yī)療和工業(yè)加工等許多領(lǐng)域,20,染料激光器,染料激光器受到人們重視的原因是： 輸出激光波長(zhǎng)可調(diào)諧，某些染料激光波長(zhǎng)可調(diào)寬度達(dá)上百毫微米； 激光脈沖寬度可以很窄，目前，由染料激光器產(chǎn)生的超短脈沖寬度可壓縮至飛秒(1015秒)量級(jí)； 染料激光器的輸出功率大，可與固體

9、激光器比擬，但價(jià)格便宜，同樣的輸出功率，它只是固體激光器的千分之一； 染料激光器工作物質(zhì)具有均勻性好等優(yōu)良的光學(xué)質(zhì)量。 它在光化學(xué)、光生物學(xué)、光譜學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、同位素分離、全息照相和光通信中，正獲得日益廣泛的重要應(yīng)用,21,半導(dǎo)體激光器,半導(dǎo)體激光器：以半導(dǎo)體材料作為激光工作物質(zhì)的激光器。 它具有超小型、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜以及可以高速工作等一系列優(yōu)點(diǎn)。 它是目前光通信領(lǐng)域內(nèi)使用的最重要光源，并且在CD、VCD、DVD播放機(jī)、計(jì)算機(jī)光盤驅(qū)動(dòng)器、激光打印機(jī)、全息照相、激光準(zhǔn)直、測(cè)距、及醫(yī)療等許多方面都獲得了重要應(yīng)用,22,其它激光器,準(zhǔn)分子激光器：(如ArF，193nm，用于光刻機(jī)) 自由電子激光器：工作物質(zhì)是自由電子束，利用電子加速器 。 輸出的激光波長(zhǎng)可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧