第六章光外差检测系统光外差检测的基本原理光外差检测的特性光外差检测的空间和频率条件光外差检测系统光外差检测原理示意图外差检测实验装置图那么，入射到检测器上的总光场为：激光受大气湍流效应影响严重，破坏了激光的相干性，所例：本振光波长为1微米，检测器光敏面长度为1mm，则θ<<0.而在远离焦点的空间范围相交干涉条纹为弧形。激光测速的最主要的优点是对流动没有任何扰动，测量的精度高，测速范围宽，而且由于多普勒频率与速度是线性关系，和该点的温度，压力没有关系，是目前世界上速度测量精度最高的仪器。首先设入射到检测器上的信号光场和本机振荡光场分别为：4光外差检测系统举例则外差检测输出的散粒噪声和热噪声表示为：当不考虑检测器本身噪声影响，只包含输入背景噪声的情况下，外差检测器的输入信噪比等于输出信噪比，输出信噪比没有损失。是因为频率差太大可能超过中频滤波带宽，中频信号不能正常放大。光学元件7称为位相板，使通过光路的部分光束产生附加位相移动，使光电检测器13和16接收到的干涉信号在位相上相差π/2。波长越短或口径越大，要求相位差角θ越小，越难满足要求．特点：非接触测量，精度高，用于血流速测量。即要求信号光和本振光的波前是重合的。4、干涉信号处理部分：光电控制、信号放大、判向、细分及可逆计数和显示记录等。灵敏度达到量子噪声极限，其NEP值可达10-20W。信号光和本振光的波前在光检测器光敏面上保持相同的相位关系，才得式：测量精度高7-8个数量级；6.2光外差检测特性6.2.4信噪比损失小6.2.5最小可检测功率—内增益型光电检测器件引入最小可检测功率（等效噪声功率）NEP表示，在量子检测极限下，光外差检测的NEP值为：6.2.6光外差检测系统对检测器性能的要求6.3影响光外差检测灵敏度的因素设信号光束和本振光束之间夹角为θ，且信号光束的波阵面平行于光敏面时，如图。则整个光敏面总响应电流为光外差检测原理示意图解决方法；6.3.2光外差检测的频率条件而在远离焦点的空间范围相交干涉条纹为弧形。而在远离焦点的空间范围相交干涉条纹为弧形。光路中，采用角锥棱镜代替了平面反射镜作为反射器，一方面避免了反射光束反馈回激光器对激光器带来不利影响；两种方法得到的信号功率比G为：取焦距f=100cm，可求得视场角θr=1mrad。中频输出有效信号功率就是瞬时中频功率在中频周期内的平均值，即：式中第一、二项为余弦函数平方的平均值，等于1/2。外差检测中检测器即为混频器，在检测器光敏面上信号光束和本振荡光束发生相干产生差频信号，为达到在光敏面不同区域相同的外差效果，要求检测器的光电性能在整光敏面上都是一致。(P140表6-2)外差信号VLL的差频频率f0经过中频放大器放大，输出信号到频率鉴别器。例：目标沿光束方向运动速度υ=0-15m/s，对于CO2激光信号利用光波的振幅、频率、相位携带信息，而不是光强。背景杂散光来自各个方向，绝大部分的背景光不与本振光准直，即不产生明显的差频信号。激光受大气湍流效应影响严重，破坏了激光的相干性，所测得了粒子的速度，也就是流动的速度。相干长度可达300km(相干长度如何定义)三频光外差探测原理图1、激光光源：He-Ne气体激光器，频宽达103Hz，相干长度可达300km(相干长度如何定义)2、干涉系统：迈克尔逊干涉原理，位移---测量臂；3、光电显微镜：给出起始位置。实现对对测长度或位移的精密瞄准，使干涉仪的干涉信号处理部分和被测量之间实现同步。4、干涉信号处理部分：光电控制、信号放大、判向、细分及可逆计数和显示记录等。例：目标沿光束方向运动速度υ=0-15m/s，对于CO2激光信号取焦距f=100cm，可求得视场角θr=1mrad。即是说必须保持信号光和本振光在空间上的角准直。激光受大气湍流效应影响严重，破坏了激光的相干性，所(P140表6-2)外差检测系统对检测器要求一般比直接检测对检测器的要求高得多，主要如下：当本征功率PL足够大时，本征散粒噪声远超过所有其它噪声，则上式变为：其明暗变化次数直接对应于测量镜的位移，可表示为：如图，光源经过稳频的二氧化碳激光器，由分束镜把入射光分成两路：一路经反射作为本振光波，频率为fL，另一路经偏心轮反射，经聚焦到可变光阑上作为信号光束。当ωL-ωs=0，即信号光频率等于本振光频率时，则瞬时中频电流为：信号光和本振光的波前在光检测器光敏面上保持相同的相位关系，才得式：理论分析证明，如果用聚焦透镜聚焦到衍射限，这时的失配角可由系统的视场角θr来决定。中频滤波器输出端，瞬时中频信号电压为：干涉测长的光路布局和光学倍数干涉信号的方向判别与计数原理激光测速的原理是：是测量通过激光束的示踪粒子的多普勒信号，再根据