光學(xué)信號(hào)的調(diào)制

1、 華中科技大學(xué)華中科技大學(xué) 第五章第五章 信息的光學(xué)變換信息的光學(xué)變換5.2 5.2 光信號(hào)調(diào)制的基本原理光信號(hào)調(diào)制的基本原理5.3 5.3 光信號(hào)調(diào)制的基本方法光信號(hào)調(diào)制的基本方法5.4 5.4 直接探測(cè)和相干探測(cè)直接探測(cè)和相干探測(cè)5.1 5.1 光信號(hào)調(diào)制的概述光信號(hào)調(diào)制的概述光電器件變換電路光電變換電路處理探測(cè)傳輸控制計(jì)算顯示存儲(chǔ)電路處理光源光學(xué)系統(tǒng)變換對(duì)象光學(xué)變換光學(xué)變換形成能被光電探測(cè)器形成能被光電探測(cè)器接收、便于后續(xù)電學(xué)接收、便于后續(xù)電學(xué)處理的光學(xué)信息。處理的光學(xué)信息。 光學(xué)信號(hào)變換光學(xué)信號(hào)變換 舉例舉例光強(qiáng)度光強(qiáng)度調(diào)制，調(diào)制， 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 光學(xué)信號(hào)變換光學(xué)信號(hào)變換

2、舉例舉例光機(jī)光機(jī)掃描掃描擴(kuò)大視場(chǎng)擴(kuò)大視場(chǎng)光譜光譜濾波濾波消除背景輻射干擾消除背景輻射干擾色散色散光柵實(shí)現(xiàn)光譜的空間分離光柵實(shí)現(xiàn)光譜的空間分離光強(qiáng)度光強(qiáng)度調(diào)制，調(diào)制， 光電系統(tǒng)中光學(xué)信號(hào)變換有著重要的意義，其光電系統(tǒng)中光學(xué)信號(hào)變換有著重要的意義，其變換方法變換方法也很多。重點(diǎn)講述光信號(hào)的強(qiáng)度、頻率、相位和偏振等也很多。重點(diǎn)講述光信號(hào)的強(qiáng)度、頻率、相位和偏振等參數(shù)的參數(shù)的調(diào)制調(diào)制。 7光波是信息的載體，通常稱為光波是信息的載體，通常稱為光載波光載波。1. 1. 載波的特征參數(shù)？載波的特征參數(shù)？ 2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 3. 3. 二次調(diào)制的意義二次調(diào)制的意義

3、1.1.光載波的光載波的特征參數(shù)特征參數(shù) 人眼和探測(cè)器起作用的是光波的電場(chǎng)強(qiáng)度人眼和探測(cè)器起作用的是光波的電場(chǎng)強(qiáng)度 00c o s ( 2)EEv t振幅振幅頻率頻率相位相位特征參數(shù)：特征參數(shù)： 光強(qiáng)、光強(qiáng)、振幅、頻率、相位、振幅、頻率、相位、 偏振方向偏振方向、傳播方向傳播方向， 20IE 光的強(qiáng)度光的強(qiáng)度 （輻通量輻通量） 光強(qiáng)光強(qiáng)是使用最為廣是使用最為廣泛的特征參數(shù)泛的特征參數(shù)2. 2. 調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制調(diào)制：一次調(diào)制和二次調(diào)制 光學(xué)調(diào)制光學(xué)調(diào)制是指改變光載波的一個(gè)或者幾個(gè)特征參數(shù)是指改變光載波的一個(gè)或者幾個(gè)特征參數(shù)的過程。的過程。 特征參數(shù)：特征參數(shù)： 光強(qiáng)、光強(qiáng)、振幅、頻率、

4、相位、振幅、頻率、相位、 偏振方向偏振方向、傳播方向傳播方向， 一次調(diào)制一次調(diào)制二次調(diào)制二次調(diào)制 光學(xué)調(diào)制光學(xué)調(diào)制例例1.1.衛(wèi)星遙感農(nóng)作物產(chǎn)量衛(wèi)星遙感農(nóng)作物產(chǎn)量 地面植物反射太陽光的光譜，生長(zhǎng)狀況信息地面植物反射太陽光的光譜，生長(zhǎng)狀況信息 將信息將信息直接直接加載到光載波上的調(diào)制，稱為加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制一次調(diào)制 例例2 2 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 將聲音、圖像信息加載到光波上將聲音、圖像信息加載到光波上 將光載波先將光載波先人為地調(diào)制成隨時(shí)間或空間變化（人為地調(diào)制成隨時(shí)間或空間變化（按確按確定的規(guī)律變換載波信號(hào)）定的規(guī)律變換載波信號(hào)），然后再將被測(cè)信息調(diào)制然后再將被測(cè)信息調(diào)

5、制到光載波上，稱為到光載波上，稱為二次調(diào)制二次調(diào)制例例3 3：利用調(diào)制光測(cè)量液體濃度：利用調(diào)制光測(cè)量液體濃度 液體濃度（信息）對(duì)光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制液體濃度（信息）對(duì)光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制 一次調(diào)制一次調(diào)制調(diào)制盤（確定時(shí)間規(guī)律）對(duì)光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制為調(diào)制盤（確定時(shí)間規(guī)律）對(duì)光強(qiáng)參數(shù)的調(diào)制為 二次調(diào)制二次調(diào)制 二次調(diào)制二次調(diào)制的意義？的意義？聲音、圖像聲音、圖像加載信息加載信息抑制干擾抑制干擾改善品質(zhì)改善品質(zhì)5.1 5.1 光信號(hào)調(diào)制的概述光信號(hào)調(diào)制的概述 小結(jié)小結(jié)光波是信息的載體，通常稱為光波是信息的載體，通常稱為光載波光載波。光學(xué)調(diào)制光學(xué)調(diào)制是是指改變光載波的一個(gè)或者幾個(gè)特征參數(shù)的過程。指改變光載波的一個(gè)或者

6、幾個(gè)特征參數(shù)的過程。 將信息將信息直接直接加載到光載波上的調(diào)制，稱為加載到光載波上的調(diào)制，稱為一次調(diào)制一次調(diào)制 將光載波先將光載波先人為地調(diào)制成隨時(shí)間或空間變化（人為地調(diào)制成隨時(shí)間或空間變化（按確按確定的規(guī)律變換載波信號(hào)）定的規(guī)律變換載波信號(hào)），然后再將被測(cè)信息調(diào)制然后再將被測(cè)信息調(diào)制到光載波上，稱為到光載波上，稱為二次調(diào)制二次調(diào)制 光電系統(tǒng)中常用的調(diào)制光電系統(tǒng)中常用的調(diào)制大多是二次調(diào)制大多是二次調(diào)制20IE 光的強(qiáng)度光的強(qiáng)度 （輻通量）（輻通量） 光強(qiáng)光強(qiáng)是使用最為廣是使用最為廣泛的調(diào)制參數(shù)泛的調(diào)制參數(shù)一、一、 模擬調(diào)制模擬調(diào)制二、二、 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制三、三、 編碼調(diào)制編碼調(diào)制以光信號(hào)的以

7、光信號(hào)的強(qiáng)度（強(qiáng)度（輻通量輻通量）調(diào)制）調(diào)制為例討論，適用為例討論，適用于光波的于光波的振幅振幅、相位相位和和頻率頻率等參數(shù)的調(diào)制等參數(shù)的調(diào)制 一、模擬調(diào)制一、模擬調(diào)制0m( )sin()tt0m( ) ( )sin ( ) ( )tV tV t tV t振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 相位調(diào)制相位調(diào)制(PM) 又稱為又稱為連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制1. 振幅調(diào)制振幅調(diào)制(AM) 載 波調(diào)制波調(diào)幅波信息信息 振幅調(diào)制：振幅調(diào)制：載波的包絡(luò)變化載波的包絡(luò)變化信息信息 例例. .利用調(diào)制光測(cè)量液體的濃度利用調(diào)制光測(cè)量液體的濃度 載波載波 信息信息 思考：思考：如果溶液的如果溶液的濃度

8、逐步加大，調(diào)制濃度逐步加大，調(diào)制波形？波形？ 0m( )1( )sin()tmV tt( )sin()V tt0m( )1sin()sin()tmtt載波載波 信息信息 振幅振幅討論討論：（：（1）調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)幅波形的影響對(duì)調(diào)幅波形的影響0m( )1( )sin()tmV tt( )sin()V tt0m( )1sin()sin()tmtt0mm( )sin()1cos()cos()2ttmtt載波載波 信息信息 振幅振幅討論討論：（：（2）調(diào)幅對(duì)頻譜的影響調(diào)幅對(duì)頻譜的影響0mm( )sin()1cos()cos()2ttmtt調(diào)幅波頻譜調(diào)幅波頻譜( )sin()V tt信號(hào)變換信

9、號(hào)變換頻率搬移頻率搬移 調(diào)幅波帶寬調(diào)幅波帶寬 B=2F信息信息“頻率頻率” 載波載波“頻率頻率” 調(diào)幅波頻譜：調(diào)幅波頻譜： 單一頻率調(diào)制信號(hào)單一頻率調(diào)制信號(hào) 調(diào)幅波頻譜：調(diào)幅波頻譜： 多個(gè)頻率調(diào)制信號(hào)多個(gè)頻率調(diào)制信號(hào) 振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例 振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例振幅調(diào)制應(yīng)用實(shí)例 2.頻率調(diào)制頻率調(diào)制(FM) 載波載波 信息信息 頻率調(diào)制：頻率調(diào)制：載波的頻率變化載波的頻率變化信息信息 0 ( )( )V tV t0m00( )sin( )tttV t dt00( )sinsin()mfttmtffmF-頻率調(diào)制指數(shù)頻率調(diào)制指數(shù) mf 1 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻mf 1 寬帶調(diào)頻寬帶調(diào)頻mf 1

10、窄帶窄帶調(diào)頻調(diào)頻 討論：討論： 調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)m 對(duì)調(diào)頻波形的影響對(duì)調(diào)頻波形的影響例：例：FM立體聲廣播立體聲廣播載波載波: 91.8MHz音頻音頻: 周期性輻射通量周期性輻射通量 （1） 靜止目標(biāo)像靜止目標(biāo)像交流信號(hào)，抑制交流信號(hào)，抑制噪聲噪聲 和光源波動(dòng)和光源波動(dòng)的影響；的影響； （2） 進(jìn)行進(jìn)行空間濾波空間濾波，抑制背景噪聲；，抑制背景噪聲；（3） 提供目標(biāo)提供目標(biāo)方位空間信息方位空間信息。2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制光柵光柵是具有是具有周期性周期性空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能（如透射率、空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能（如透射率、反射率等）的光學(xué)元件。反射率等）的光學(xué)元件。 計(jì)量光柵計(jì)量光柵（空間周期（空間周期

11、P ） 衍射光柵衍射光柵（空間周期（空間周期P ） 光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋典型的計(jì)量光柵典型的計(jì)量光柵結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：小夾角小夾角主光柵主光柵-定光柵定光柵指示光柵指示光柵-動(dòng)光柵動(dòng)光柵光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋典型的計(jì)量光柵典型的計(jì)量光柵結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：t光柵莫爾條紋光柵莫爾條紋原理：原理：光通量明暗交替變化光通量明暗交替變化兩光柵移動(dòng)，莫爾條紋移動(dòng)兩光柵移動(dòng)，莫爾條紋移動(dòng)光柵位移信息光強(qiáng)信號(hào)光柵位移信息光強(qiáng)信號(hào)mcos(2)xP用用計(jì)量光柵計(jì)量光柵實(shí)現(xiàn)光通量實(shí)現(xiàn)光通量幅度幅度調(diào)制：調(diào)制： 莫爾條紋圖案莫爾條紋圖案 光柵每移動(dòng)一個(gè)光柵每移動(dòng)一個(gè)柵柵距距P，條紋就跟著，條紋就跟著移動(dòng)一個(gè)條紋寬度移動(dòng)一

12、個(gè)條紋寬度B。mcos(2)xPxNP 2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：光柵光柵線位移傳感器線位移傳感器測(cè)量范圍：測(cè)量范圍： 100mm-3000mm 分分 辨辨 率：率： 10、 5、 1、 0.5、 0.1 m 2)2)光柵調(diào)制光柵調(diào)制主光柵主光柵-定光柵定光柵指示光柵指示光柵-動(dòng)光柵動(dòng)光柵刻線密度刻線密度 - 測(cè)量精度測(cè)量精度 ( 10、25、50、100、125線線/mm )3. 3. 光電子調(diào)制光電子調(diào)制1 1）電光調(diào)制）電光調(diào)制 2 2）聲光調(diào)制）聲光調(diào)制3 3）磁光調(diào)制）磁光調(diào)制1 1） 電光調(diào)制電光調(diào)制電光效應(yīng)電光效應(yīng) 是指某些晶體在電場(chǎng)的作用下，具有是指某些晶體在

13、電場(chǎng)的作用下，具有雙雙折射效應(yīng)折射效應(yīng)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，其雙折射效應(yīng)的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)電光調(diào)制器電光調(diào)制器 是指利用晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)制器是指利用晶體的電光效應(yīng)制成的調(diào)制器光強(qiáng)度調(diào)制光強(qiáng)度調(diào)制基本思路：基本思路：電光調(diào)制器電光調(diào)制器 輸入光輸入光（恒定強(qiáng)度）（恒定強(qiáng)度） 輸出光輸出光（交變強(qiáng)度）（交變強(qiáng)度） 變化的電場(chǎng)變化的電場(chǎng)電光調(diào)制電光調(diào)制原理：原理： 3632oUnUU附加相位差附加相位差可以證明：可以證明：輸出光強(qiáng)輸出光強(qiáng)與與輸入光強(qiáng)輸入光強(qiáng)之比之比（透過率）（透過率）)2(sin)()(2inIoutI電光調(diào)制器電光調(diào)制器小結(jié)小結(jié)調(diào)制頻率調(diào)制頻率10GHz10

14、GHz，理論上可達(dá)，理論上可達(dá)120GHz 120GHz 可以作成幾乎沒有慣性的可以作成幾乎沒有慣性的光閥光閥 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 透光比（光傳輸比）小于透光比（光傳輸比）小于1 1 調(diào)制電壓高（半波電壓幾千伏）調(diào)制電壓高（半波電壓幾千伏） 應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例： 遠(yuǎn)距離激光測(cè)距遠(yuǎn)距離激光測(cè)距 光強(qiáng)度調(diào)制光強(qiáng)度調(diào)制2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制 (1) (1) 聲光效應(yīng)聲光效應(yīng) (2) (2) 聲光效應(yīng)的兩種類型聲光效應(yīng)的兩種類型 (3) (3) 聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器 (1) 聲光效應(yīng)聲光效應(yīng) 當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折射率）發(fā)生疏密交替

15、的射率）發(fā)生疏密交替的周期性變化周期性變化聲光柵聲光柵聲光柵聲光柵衍射光柵衍射光柵當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折當(dāng)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度（折射率）發(fā)生疏密交替的射率）發(fā)生疏密交替的周期性變化周期性變化聲光柵聲光柵行波行波聲光柵柵聲光柵柵面在空間面在空間移動(dòng)移動(dòng) 駐波駐波聲光柵固聲光柵固定定不移動(dòng)不移動(dòng) 聲光柵聲光柵衍射光柵衍射光柵當(dāng)光波通過當(dāng)光波通過聲光柵聲光柵時(shí)，衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向時(shí)，衍射光的強(qiáng)度、頻率、方向等隨超聲場(chǎng)變化等隨超聲場(chǎng)變化聲光效應(yīng)。聲光效應(yīng)。喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射： 布拉格衍射：布拉格衍射： 條件：條件：超聲波頻率較超聲波頻率較低低，聲光作用長(zhǎng)度

16、聲光作用長(zhǎng)度L較小較小，光束，光束垂直垂直聲波傳輸方向聲波傳輸方向條件：條件：超聲波頻率較超聲波頻率較高高、聲光、聲光作用長(zhǎng)度作用長(zhǎng)度L較大較大，光束與聲波波，光束與聲波波面間以一定的角度面間以一定的角度斜入射斜入射 (2) 兩種聲光效應(yīng)兩種聲光效應(yīng) 喇曼奈斯衍射：喇曼奈斯衍射： 布拉格衍射：布拉格衍射： 特點(diǎn)：特點(diǎn)：平面光柵平面光柵，多級(jí)衍，多級(jí)衍射，射，零級(jí)光最強(qiáng)零級(jí)光最強(qiáng)，其他級(jí)衍，其他級(jí)衍射光對(duì)稱地分布在零級(jí)光兩射光對(duì)稱地分布在零級(jí)光兩側(cè)，光強(qiáng)依次遞減。側(cè)，光強(qiáng)依次遞減。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：體光柵體光柵，只出現(xiàn)，只出現(xiàn)零級(jí)和一級(jí)衍射光零級(jí)和一級(jí)衍射光;超聲場(chǎng)超聲場(chǎng)足夠強(qiáng)，足夠強(qiáng)，入射能量幾乎

17、全入射能量幾乎全部轉(zhuǎn)移到部轉(zhuǎn)移到1級(jí)級(jí)（1級(jí)）級(jí)）布拉格聲光衍射布拉格聲光衍射光能利用率高，因而大部分調(diào)制器均光能利用率高，因而大部分調(diào)制器均采用行波聲場(chǎng)的采用行波聲場(chǎng)的布拉格型聲光調(diào)制器布拉格型聲光調(diào)制器！ （3 3）聲光調(diào)制器）聲光調(diào)制器衍射光衍射光強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制衍射光頻率調(diào)制衍射光頻率調(diào)制衍射光方向調(diào)制衍射光方向調(diào)制應(yīng)用：應(yīng)用：(3)(3)聲光調(diào)制器聲光調(diào)制器衍射光衍射光強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制布拉格型聲光調(diào)制器布拉格型聲光調(diào)制器 21sisin ( ) P22II，10.5sinmiItI1ii0.5sinmIIIt1 1級(jí)（或級(jí)（或1 1級(jí)）光輸出級(jí)）光輸出IiI1(3)(3)聲光調(diào)制器聲

18、光調(diào)制器衍射光衍射光強(qiáng)度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制布拉格型聲光調(diào)制器布拉格型聲光調(diào)制器 輸入圖像、聲音信號(hào)輸入圖像、聲音信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制光信號(hào)2 2） 聲光調(diào)制聲光調(diào)制二、二、 光信號(hào)相位的調(diào)制光信號(hào)相位的調(diào)制 1. 電光相位調(diào)制電光相位調(diào)制2. 光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的常見方法可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制的常見方法1. 電光相位調(diào)制電光相位調(diào)制xxnLc xznDE 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單束單束相干光波相位的調(diào)制相干光波相位的調(diào)制 2. 光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀可以實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)兩束兩束以上相干光波相位差的調(diào)制以上相干光波相位差的調(diào)制 相位變化：相位變化： =2 nL/0 012()ddnn dLL d

19、FdFL dFF為被測(cè)參量為被測(cè)參量 干涉條件：頻率相同、偏振相同、相位差恒定干涉條件：頻率相同、偏振相同、相位差恒定邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀（MichelsonMichelson） 吉曼干涉儀吉曼干涉儀Gell-Mann Gell-Mann 法布里珀羅法布里珀羅FabryFabry-Perot-Perot光學(xué)干涉儀光學(xué)干涉儀（空氣空氣光程）光程）光纖式干涉儀光纖式干涉儀（光纖光纖光程）光程）光纖傳感器光纖傳感器76等傾干涉圖樣示意圖等傾干涉圖樣示意圖等厚干涉圖樣示意圖等厚干涉圖樣示意圖77 基于基于Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)的電光效應(yīng)光開關(guān)結(jié)構(gòu)的電光效應(yīng)光開關(guān) 三、三、 光信號(hào)頻率的調(diào)

20、制光信號(hào)頻率的調(diào)制 工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種：工程上常采用的頻率調(diào)制技術(shù)大致三種： 運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻固定頻移固定頻移直接光頻調(diào)制直接光頻調(diào)制可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)： 光強(qiáng)、振幅、光強(qiáng)、振幅、頻率頻率、相位、相位、 偏振方向、傳播方向，偏振方向、傳播方向， 1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻1 1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻2 2）薩格納克效應(yīng)（）薩格納克效應(yīng)（SagnacSagnac Effect Effect）和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻vv光頻變化與線速度：光頻變化與線速度：光頻變化與角速度：光頻變化與角速度：運(yùn)動(dòng)物體能改變?nèi)肷溆谄渖系倪\(yùn)動(dòng)物體能改變?nèi)肷溆谄渖系墓獠?/p>

21、頻率光波頻率的現(xiàn)象稱作的現(xiàn)象稱作光學(xué)多普勒效應(yīng)光學(xué)多普勒效應(yīng)。80光（電磁波）的多普勒效應(yīng)計(jì)算公式分為以下三種：光（電磁波）的多普勒效應(yīng)計(jì)算公式分為以下三種： （1）縱向多普勒效應(yīng)（即波源的速度與波源與接收器的連）縱向多普勒效應(yīng)（即波源的速度與波源與接收器的連線共線）：線共線）：f=f (c+v)/(c-v)(1/2) ； 其中其中v為波源與接收器的相對(duì)速度。當(dāng)波源與觀察者接近時(shí)，為波源與接收器的相對(duì)速度。當(dāng)波源與觀察者接近時(shí)，v取正，稱為取正，稱為“紫移紫移”或或“藍(lán)移藍(lán)移”；否則；否則v取負(fù)，稱為取負(fù)，稱為“紅紅移移”。 （2）橫向多普勒效應(yīng)（即波源的速度與波源與接收器的連）橫向多普勒效應(yīng)

22、（即波源的速度與波源與接收器的連線垂直）：線垂直）：f=f (1-2)(1/2) 其中其中=v/c （3）普遍多普勒效應(yīng)（多普勒效應(yīng)的一般情況）：）普遍多普勒效應(yīng)（多普勒效應(yīng)的一般情況）：f=f (1-2)(1/2)/(1-cos)其中其中=v/c，為接收器與波源的連線到速度方向的夾角。為接收器與波源的連線到速度方向的夾角?？v向與橫向多普勒效應(yīng)分別為縱向與橫向多普勒效應(yīng)分別為取取0或或/2時(shí)的特殊情況時(shí)的特殊情況 1 1）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻）光學(xué)多普勒效應(yīng)和運(yùn)動(dòng)差頻特殊地，特殊地， rs-r0 2 v 頻移數(shù)量級(jí)：頻移數(shù)量級(jí)：例如，例如，0.4880m的氬離子激光，的氬離子激光，8.5o

23、，被測(cè)，被測(cè)流速流速264m/s， v 77MHz2 2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻 當(dāng)封閉的光路相對(duì)于慣性空間有一轉(zhuǎn)動(dòng)角速度當(dāng)封閉的光路相對(duì)于慣性空間有一轉(zhuǎn)動(dòng)角速度時(shí)，時(shí)，順時(shí)針順時(shí)針光路和光路和逆時(shí)針逆時(shí)針光路之間將形成與轉(zhuǎn)速光路之間將形成與轉(zhuǎn)速成正比的光程差成正比的光程差LL，其數(shù)值滿足關(guān)系，其數(shù)值滿足關(guān)系 閉合光路的閉合光路的正正反向光路光程差隨轉(zhuǎn)速改變的現(xiàn)象反向光路光程差隨轉(zhuǎn)速改變的現(xiàn)象-薩納克效應(yīng)薩納克效應(yīng)。 L(4A/c)2 2）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻）薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻討論：討論：用薩格納克效應(yīng)用薩格納克效應(yīng) 測(cè)量測(cè)量地球自轉(zhuǎn)速度地球自轉(zhuǎn)速度L(4A/c

24、)地球自轉(zhuǎn) =150/小時(shí) =0.6328m 2600 300Am實(shí)驗(yàn)不可能?。ㄅc足球場(chǎng)比較）0.1744Lm 不易觀察260 30Am4 0 0L -更難觀察更難觀察！光程差法：光程差法：L ？2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻L ？v反射鏡組成激光諧振腔反射鏡組成激光諧振腔 -環(huán)形激光器環(huán)形激光器 頻率與腔長(zhǎng)的關(guān)系：頻率與腔長(zhǎng)的關(guān)系：vLvL4 AvKL L(4A/c)光頻差法：光頻差法：1.運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻一、運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻一、運(yùn)動(dòng)參量調(diào)頻2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻反射鏡組成激光諧振腔反射鏡組成激光諧振腔 -環(huán)形激光器環(huán)形激光器 4 Av

25、KL 例：例： 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi) L=400mm =0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)150/小時(shí)小時(shí)2120 1536008.87Hzv 對(duì)于頻率信號(hào)，電子設(shè)對(duì)于頻率信號(hào)，電子設(shè)備可以敏感到備可以敏感到0.005Hz，可用儀器準(zhǔn)確測(cè)出。可用儀器準(zhǔn)確測(cè)出。4ALc光程差法：光程差法：光頻差法：光頻差法：4 AvL 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi) L=400mm =0.6328m K=2120度度/秒秒 地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)150/小時(shí)小時(shí)260 30Am4 0 0L2120 1536008.87Hzv 光學(xué)法光學(xué)法電學(xué)法電學(xué)法光電系統(tǒng)中，光電系統(tǒng)中，光電信號(hào)變換光電信號(hào)變換的重要意義！的重要意義！2)2)

26、薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻環(huán)形激光器環(huán)形激光器 光學(xué)差頻檢測(cè)裝置 激光陀螺激光陀螺4AvKL -測(cè)角速度測(cè)角速度 -測(cè)角度測(cè)角度 04tANdtL國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)激光陀激光陀螺螺測(cè)量角速測(cè)量角速度的精度優(yōu)度的精度優(yōu)于于0.01o/hr 2)2)薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻薩格納克效應(yīng)和轉(zhuǎn)動(dòng)差頻環(huán)形激光器環(huán)形激光器 光學(xué)差頻檢測(cè)裝置 激光陀螺激光陀螺4AvKL -測(cè)角速度測(cè)角速度 -測(cè)角度測(cè)角度 04tANdtL國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)激光陀激光陀螺螺測(cè)量角速測(cè)量角速度的精度優(yōu)度的精度優(yōu)于于0.01o/hr 激光陀螺激光陀螺 -在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用02年珠海航展慣導(dǎo)產(chǎn)品年珠海航展慣導(dǎo)產(chǎn)品俄羅

27、斯改進(jìn)空地制導(dǎo)武器俄羅斯改進(jìn)空地制導(dǎo)武器 中國(guó)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中國(guó)激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng) 2. 固定頻移固定頻移利用利用光學(xué)光學(xué)和和光電子學(xué)光電子學(xué)等方法可制成頻率偏移器件等方法可制成頻率偏移器件光譜在外加磁場(chǎng)下發(fā)生分裂。 半導(dǎo)體激光器的半導(dǎo)體激光器的直接頻率調(diào)制直接頻率調(diào)制iv1MHz5070GHz電流頻率調(diào)制系數(shù)電流頻率調(diào)制系數(shù):0.1GHz/mA1GHz/mA可調(diào)頻范圍可調(diào)頻范圍:m22ccviKi 可以證明：可以證明：LD3 3、直接頻率調(diào)制直接頻率調(diào)制四、四、 光信號(hào)偏振的調(diào)制光信號(hào)偏振的調(diào)制 典型方法典型方法磁光調(diào)制磁光調(diào)制 磁光介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，可使穿過它的偏振光的磁光介質(zhì)在

28、磁場(chǎng)的作用下，可使穿過它的偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)法拉第磁光效應(yīng)法拉第磁光效應(yīng) 。cosKlH光隔離器光隔離器 典型方法典型方法磁光調(diào)制磁光調(diào)制 磁光介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，可使穿過它的偏振光的磁光介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下，可使穿過它的偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)方向發(fā)生發(fā)生旋轉(zhuǎn)法拉第磁光效應(yīng)法拉第磁光效應(yīng) 。cosKlH磁光調(diào)制器磁光調(diào)制器摘自國(guó)家精品課程光纖通信技術(shù) -深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院制作光電信號(hào)變換光電信號(hào)變換 光電光電探測(cè)器探測(cè)器光信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)00cos(2)EEvt響應(yīng)平均光功率響應(yīng)平均光功率 直接探測(cè)直接探測(cè)響應(yīng)光的頻率響應(yīng)光的頻率 相干探測(cè)相干探測(cè) 直

29、接探測(cè)和相干探測(cè)直接探測(cè)和相干探測(cè) 直接探測(cè)直接探測(cè) （平均光功率）（平均光功率） 相干探測(cè)相干探測(cè) （光的波動(dòng)參數(shù)）（光的波動(dòng)參數(shù)） 探測(cè)方法的改進(jìn)探測(cè)方法的改進(jìn)光電信號(hào)變換光電信號(hào)變換1. 直接探測(cè)的基本原理直接探測(cè)的基本原理2. 直接探測(cè)的應(yīng)用舉例直接探測(cè)的應(yīng)用舉例直接探測(cè)直接探測(cè)Drirect Detection ，又稱為非相干，又稱為非相干探測(cè)探測(cè)裝置簡(jiǎn)單，光源為裝置簡(jiǎn)單，光源為相干光源相干光源或或非相干光源非相干光源，只能探測(cè)平均只能探測(cè)平均光功率（光強(qiáng)）光功率（光強(qiáng)）一、直接探測(cè)一、直接探測(cè)(1) (1) 直接探測(cè)基本物理過程：直接探測(cè)基本物理過程： 平方律器件：平方律器件：ss

30、ss( )sin()E tat光波：光波： 光功率：光功率： 人眼和探測(cè)器可以人眼和探測(cè)器可以響應(yīng)平均光功率響應(yīng)平均光功率2)(ssat 2)(ssatSI1. 直接探測(cè)的基本原理直接探測(cè)的基本原理(2) 直接探測(cè)系統(tǒng)的信噪比直接探測(cè)系統(tǒng)的信噪比1)信噪比定義：信噪比定義：22ssLs22nnLnPI RISNRPi Ri 2sLsdB1/222nLn10lg20lgI RISNRi Ri電電信號(hào)功率和信號(hào)功率和電電噪聲功率之比噪聲功率之比 2sU2sInnuUSNRiISNR或或提高系統(tǒng)信噪比的基本途徑：提高系統(tǒng)信噪比的基本途徑：光學(xué)方法光學(xué)方法，如場(chǎng)鏡、光錐、浸沒透鏡如場(chǎng)鏡、光錐、浸沒透鏡

31、 應(yīng)用光學(xué)應(yīng)用光學(xué)電學(xué)方法電學(xué)方法，如濾波、低噪聲放大、弱信如濾波、低噪聲放大、弱信 號(hào)檢測(cè)號(hào)檢測(cè)熱力學(xué)方法熱力學(xué)方法，制冷降低探測(cè)器噪聲制冷降低探測(cè)器噪聲 信噪比信噪比是衡量光電探測(cè)系統(tǒng)質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)是衡量光電探測(cè)系統(tǒng)質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo) 信號(hào)光電流信號(hào)光電流、背景光電流和器件暗電流、背景光電流和器件暗電流熱噪聲熱噪聲 散粒噪聲散粒噪聲2) 直接探測(cè)的直接探測(cè)的信噪比極限信噪比極限：以光電二極管為例以光電二極管為例 22sdsd2222ndnSnBnDnT(/)PehvSNRPiiii最理想情況，只有最理想情況，只有信號(hào)信號(hào)光電流引起的散粒噪聲光電流引起的散粒噪聲2nSS2ieIf

32、sd2SNRhvf直接探測(cè)的直接探測(cè)的量子極限量子極限 直接探測(cè)的直接探測(cè)的量子極限量子極限 量子極限的另一種表達(dá)是：量子極限的另一種表達(dá)是：直接探測(cè)的直接探測(cè)的噪聲等效功率噪聲等效功率 例：例：為為1，f為為1Hz，2h，已很接近單個(gè)光子的，已很接近單個(gè)光子的能量能量h。sd2SNRhvfd2hv fNEPE= J=3.1410-19 J=1.96 eV. 以以632.8nm的氦氖激光為例計(jì)算光子能量的氦氖激光為例計(jì)算光子能量2.2.直接探測(cè)的應(yīng)用舉例直接探測(cè)的應(yīng)用舉例激光制導(dǎo)、飛行物自動(dòng)跟蹤激光制導(dǎo)、飛行物自動(dòng)跟蹤激光穩(wěn)頻、機(jī)器人視覺激光穩(wěn)頻、機(jī)器人視覺幾何量（長(zhǎng)度、位移幾何量（長(zhǎng)度、位移

33、）表面形狀參量（工件粗糙度、傷痕表面形狀參量（工件粗糙度、傷痕）光學(xué)參量（吸收、反射光學(xué)參量（吸收、反射）電磁量（電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)電磁量（電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)）應(yīng)用于測(cè)量：應(yīng)用于測(cè)量：應(yīng)用于控制：應(yīng)用于控制：特點(diǎn)：特點(diǎn)：信息加載信息加載輻通量（光強(qiáng)）輻通量（光強(qiáng)）幾何量（長(zhǎng)度、位移幾何量（長(zhǎng)度、位移）表面形狀參量（工件粗糙度、傷痕表面形狀參量（工件粗糙度、傷痕）光學(xué)參量（吸收、反射光學(xué)參量（吸收、反射）電磁量（電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)電磁量（電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)）輻通量輻通量（幅度、頻率、相位（幅度、頻率、相位）例例1. 1. 光電磁場(chǎng)測(cè)量光電磁場(chǎng)測(cè)量磁場(chǎng)光通量（磁場(chǎng)光通量（幅度幅度）磁場(chǎng)磁場(chǎng)振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)角度

34、振動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)角度 光通量幅度光通量幅度例例2. 2. 光柵莫爾條紋測(cè)位移光柵莫爾條紋測(cè)位移mcos(2)xPt精度可達(dá)精度可達(dá)0.1m/m 位移光通量（位移光通量（頻率頻率）t光通量的頻率測(cè)量光通量的頻率測(cè)量光電轉(zhuǎn)速表光柵位移傳感器 測(cè)測(cè)“幅度幅度”與與“頻率頻率”方法，方法，測(cè)量精度測(cè)量精度的比較：的比較：基準(zhǔn)精度基準(zhǔn)精度測(cè)量精度測(cè)量精度基準(zhǔn)穩(wěn)定方法基準(zhǔn)穩(wěn)定方法幅度幅度10-310-410-210-3模擬量穩(wěn)定電路頻率頻率10-610-810-510-7晶振，數(shù)字鎖相環(huán)現(xiàn)代光電測(cè)量中常優(yōu)先考慮采用頻率測(cè)量法！ 例例3. 3. 光電測(cè)距光電測(cè)距發(fā)射光波發(fā)射光波接收光波接收光波距離光通量（距離光

35、通量（相位相位）002/tD c二、二、 相干探測(cè)相干探測(cè)直接探測(cè)：直接探測(cè)：（非相干探測(cè)）（非相干探測(cè)） 相干探測(cè)：相干探測(cè)： （光學(xué)外差探測(cè)）（光學(xué)外差探測(cè)） 裝置簡(jiǎn)單，光源為裝置簡(jiǎn)單，光源為相干光源相干光源或或非相干光非相干光源源，只能探測(cè)，只能探測(cè)光功率（光強(qiáng)）光功率（光強(qiáng)）。 裝置復(fù)雜，光源必須為裝置復(fù)雜，光源必須為相干光源相干光源，間接，間接探測(cè)探測(cè)光波的振幅、頻率和相位光波的振幅、頻率和相位等參數(shù)。等參數(shù)。相干探測(cè)相干探測(cè)1. 相干探測(cè)的基本原理相干探測(cè)的基本原理2. 相干探測(cè)的條件相干探測(cè)的條件3. 相干探測(cè)的應(yīng)用舉例相干探測(cè)的應(yīng)用舉例Coherent Detection 又稱

36、為又稱為光外差探測(cè)光外差探測(cè) (1) 相干探測(cè)的物理過程相干探測(cè)的物理過程原理框圖原理框圖 信號(hào)光信號(hào)光s （本地、異地）（本地、異地）參考光參考光ru雙頻光波：雙頻光波：u波前匹配條件：波前匹配條件：空間條件空間條件頻率條件頻率條件偏振條件偏振條件采用平方律采用平方律探測(cè)器探測(cè)器：（只響應(yīng)平均功率）（只響應(yīng)平均功率）高靈敏度、高頻響應(yīng)、量子效率高靈敏度、高頻響應(yīng)、量子效率PMT，PIN-PD，APD u光學(xué)混頻光學(xué)混頻器：器：1. 相干探測(cè)的基本原理相干探測(cè)的基本原理1)1)相干探測(cè)的輸出信號(hào)相干探測(cè)的輸出信號(hào)ssss( )sin()E tatrrrr( )sin()E tat信號(hào)光信號(hào)光參

37、考光參考光222hssrsrsr2222srsssrrrrssrsrrssrsr|( )( )|( )( )2( )( )cos(22)cos(22)22cos()()2cos()()IS E tE tS EtEtE t E tSaaatata ata at平方律探測(cè)器光混頻輸出平方律探測(cè)器光混頻輸出Ihs為：為： 115ssss( )sin()E tatrrrr( )sin()E tatrsrsrsr2s2s2rs頻譜分析頻譜分析r信號(hào)光信號(hào)光ss G107108 外差探測(cè)外差探測(cè)直接探測(cè)直接探測(cè)hsmrsrs2ISa aS hssrcos()ISa at 22hsmsrr222dsss44

38、ISGIS 注意：功率為幅值注意：功率為幅值有效值的平方有效值的平方信號(hào)光電流、背景光電流和器件暗電流信號(hào)光電流、背景光電流和器件暗電流熱噪聲熱噪聲 散粒噪聲散粒噪聲僅考慮僅考慮信號(hào)光電流信號(hào)光電流引起的散粒噪聲：引起的散粒噪聲：直接探測(cè)的信噪比：直接探測(cè)的信噪比：sd2hSNRf22sdsd2222ndnSnBnDnT(/)PehvSNRPiiii2nSS2ieIf相干探測(cè)優(yōu)點(diǎn)：相干探測(cè)優(yōu)點(diǎn)：信噪比高信噪比高外差探測(cè)：外差探測(cè)： 僅考慮信號(hào)光引起的散粒噪聲限制，即僅考慮信號(hào)光引起的散粒噪聲限制，即 shhSNRffheeSIIPPSNRrsrnhsnsh)(22222外差探測(cè)的量子探測(cè)極限外

39、差探測(cè)的量子探測(cè)極限教材教材6162注意：為有效值注意：為有效值相干探測(cè)：相干探測(cè)： 直接探測(cè)：直接探測(cè)： 僅考慮信號(hào)光引起的散粒噪聲限制僅考慮信號(hào)光引起的散粒噪聲限制 fNEP2hdsd2hSNRf相干探測(cè)相干探測(cè)信噪比高，最小可探測(cè)功率更小信噪比高，最小可探測(cè)功率更小shhSNRffNEPhh2. 2. 相干探測(cè)的條件相干探測(cè)的條件(1) (1) 相干探測(cè)空間條件相干探測(cè)空間條件(2) (2) 相干探測(cè)頻率條件相干探測(cè)頻率條件(3) (3) 相干探測(cè)偏振條件相干探測(cè)偏振條件滿足滿足波前匹配條件波前匹配條件： 為什么需要為什么需要角準(zhǔn)直角準(zhǔn)直？ 探測(cè)器表面各點(diǎn)探測(cè)器表面各點(diǎn)相位相位相同相同時(shí)

40、：時(shí)：探測(cè)器表面各點(diǎn)探測(cè)器表面各點(diǎn)相位相位不同不同時(shí)：時(shí)：輸出信號(hào)輸出信號(hào)最大值最大值輸出信號(hào)輸出信號(hào)減小減小(1) (1) 相干探測(cè)空間條件相干探測(cè)空間條件信號(hào)光和本振光在空間上的信號(hào)光和本振光在空間上的角角準(zhǔn)直（共軸）準(zhǔn)直（共軸）為什么需要為什么需要角準(zhǔn)直角準(zhǔn)直？ 探測(cè)器接收面上沿探測(cè)器接收面上沿x方向方向各點(diǎn)的相位不同各點(diǎn)的相位不同信號(hào)光和本振光的波前在光混頻器表面上信號(hào)光和本振光的波前在光混頻器表面上沒有相同的位相關(guān)系沒有相同的位相關(guān)系 導(dǎo)致混頻輸出電流信號(hào)減小導(dǎo)致混頻輸出電流信號(hào)減小sssss2sin( )sin()E tatx例：例：d=1mm，s0.6328m失配角：失配角： d

41、s例：例：d=1mm，s10.6m失配角：失配角： 69 定義：中頻輸出比最大值小定義：中頻輸出比最大值小10%10%時(shí)的主光線夾角為失配角時(shí)的主光線夾角為失配角33 對(duì)長(zhǎng)波探測(cè)有利對(duì)長(zhǎng)波探測(cè)有利 空間濾波空間濾波 (2) (2) 相干探測(cè)頻率條件相干探測(cè)頻率條件混頻器選通放大器觀察儀器高頻示波器高頻示波器頻譜分析儀頻譜分析儀 外差接收外差接收v，1041010Hz信號(hào)光和本振光的頻率漂移？信號(hào)光和本振光的頻率漂移？ 采用高單色性和頻率穩(wěn)定度的激光源采用高單色性和頻率穩(wěn)定度的激光源 兩束光取自同一激光器，由頻偏取得本振光兩束光取自同一激光器，由頻偏取得本振光 穩(wěn)頻措施：穩(wěn)頻措施： 222hss

42、rsrsr2222srsssrrrrssrsrrssrsr|( )( )|( )( )2( )( )cos(22)cos(22)22cos()()2cos()()IS E tE tS EtEtE t E tSaaatata ata at(3) (3) 相干探測(cè)偏振條件相干探測(cè)偏振條件平方律探測(cè)器光混頻輸出平方律探測(cè)器光混頻輸出Ihs為：為： “代數(shù)和” ？信號(hào)光與本振光的偏振方向一致信號(hào)光與本振光的偏振方向一致 加檢偏器加檢偏器獲得偏振方向一致獲得偏振方向一致 3. 相干探測(cè)的應(yīng)用舉例相干探測(cè)的應(yīng)用舉例hssrcos()ISa at 相位調(diào)制相位調(diào)制頻率調(diào)制頻率調(diào)制ssrs00vvvv，干涉測(cè)

43、量干涉測(cè)量相干通信相干通信精密測(cè)長(zhǎng)、測(cè)距、測(cè)速、測(cè)振動(dòng)、精密測(cè)長(zhǎng)、測(cè)距、測(cè)速、測(cè)振動(dòng)、測(cè)力、測(cè)應(yīng)變、測(cè)力、測(cè)應(yīng)變、光譜分析光譜分析， 外層空間特別是衛(wèi)星之間通信、外層空間特別是衛(wèi)星之間通信、光纖通中波分復(fù)用光纖通中波分復(fù)用 接收解調(diào)，接收解調(diào)， (2) (2) 激光多普勒測(cè)速激光多普勒測(cè)速(3) CO(3) CO2 2激光外差通信激光外差通信(1) (1) 激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 hssrcos()ISa at 1)單頻激光測(cè)長(zhǎng)單頻激光測(cè)長(zhǎng) hssrcos()ISa at 信號(hào)光信號(hào)光參考光參考光單頻單頻hsrscosISa a2 / 2nl(1) (1) 激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 位移位移

44、l2()Nmn=11) 單頻激光測(cè)長(zhǎng)單頻激光測(cè)長(zhǎng) 例：例：取取n=1, 測(cè)量鏡位移時(shí)觀察到探測(cè)器測(cè)量鏡位移時(shí)觀察到探測(cè)器的輸出為：的輸出為：hsrscosISa a2 / 2nl2()Nml = ?1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 局限性：局限性： 不能判別移動(dòng)方向不能判別移動(dòng)方向1)單頻激光測(cè)長(zhǎng)單頻激光測(cè)長(zhǎng) 光電探測(cè)器光電探測(cè)器4,54,5相位差相位差參考光參考光信號(hào)光信號(hào)光判別移動(dòng)方向：判別移動(dòng)方向：“參照物參照物”1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 1)單頻激光測(cè)長(zhǎng)單頻激光測(cè)長(zhǎng) 判別移動(dòng)方向：判別移動(dòng)方向：“參照物參照物”1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 正反移動(dòng)方向波形正反移動(dòng)方向波形

45、1) 單頻激光測(cè)長(zhǎng)單頻激光測(cè)長(zhǎng) 信號(hào)光信號(hào)光參考光參考光2 / 2 n l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：空氣的空氣的折射率折射率n與當(dāng)時(shí)的與當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度環(huán)境溫度、 濕度濕度 及及氣壓氣壓等因素有關(guān)，影響測(cè)量精度等因素有關(guān)，影響測(cè)量精度2. 雙頻激光測(cè)長(zhǎng)雙頻激光測(cè)長(zhǎng) 1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 2) 雙頻激光測(cè)長(zhǎng)雙頻激光測(cè)長(zhǎng) 雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉儀雙頻激光雙頻激光檢偏器檢偏器 濾波片濾波片 信號(hào)光信號(hào)光 參考光參考光 1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 2) 雙頻激光測(cè)長(zhǎng)雙頻激光測(cè)長(zhǎng) 雙頻（調(diào)制）激光干涉儀雙頻（調(diào)制）激光干涉儀2v 光學(xué)差頻信號(hào)光學(xué)差頻信號(hào) 1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 2) 雙頻激光測(cè)長(zhǎng)雙頻激光測(cè)長(zhǎng) 2v光學(xué)差頻信號(hào)光學(xué)差頻信號(hào): : 積分器波數(shù)積分器波數(shù): : 位移測(cè)量公式：位移測(cè)量公式：2LN位移與位移與空氣的折射率空氣的折射率n無關(guān)！無關(guān)！02dtLNv t1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 2) 雙頻激光測(cè)長(zhǎng)雙頻激光測(cè)長(zhǎng) 雙頻激光干涉儀雙頻激光干涉儀頻差為頻差為150MHz，激光穩(wěn)頻精度為激光穩(wěn)頻精度為108時(shí)，時(shí)，測(cè)長(zhǎng)精度測(cè)長(zhǎng)精度0.1m1.1.激光干涉測(cè)量激光干涉測(cè)量 3)3)波前調(diào)制相位與二維干涉圖分析波前調(diào)制相位與二維干涉圖分析表面形狀分布表面形狀分布 二維光強(qiáng)分布二維光強(qiáng)分布 亮條紋亮條紋擴(kuò)束擴(kuò)束1.1.激