激光测量技术总结

激光测量技术总结第1页，共29页。激光测量技术总结第2页，共29页。第一章激光原理及技术第一节辐射理论概要1.什么是光的波粒二象性光电效应光量子学说原子能级、简并度及玻尔兹曼分布光与物质之间的作用第3页，共29页。第二节激光产生的原理及条件1、由光与物质之间的相互作用出发，引申产生超强激光的可能2、粒子数反转分布及泵浦过程什么是泵浦，泵浦的种类有哪些3、什么是增益介质？其应满足什么样的条件才能成为增益介质4、谐振腔的作用有哪些？结合激光的纵模5、激光产生的条件:泵浦、增益介质、谐振腔、阀值条件6、激光器结构及分类第4页，共29页。第三节激光的基本物理性质一、激光的方向性,度量方向的指标有哪些:发散角空间立体角二、激光的高亮度三、激光的单色性线宽的定义是什么?影响因素有哪些?

介质的均匀性谐振腔的类型、腔长泵浦方式工作的状态四、激光的时间相干性和空间相干性什么是时间相干性和空间相干性相干长度Lc=CΔttcΔυ=1横向相干长度第5页，共29页。第三节激光的基本物理性质五、激光的纵模与横模物理性质每一个谐振频率的振荡,成为一个模式沿轴向传播的振动模式,称为轴向模式,简称轴模或者纵模如何形成单模激光?横模TEMmnq对称mnq轴向X向暗条纹数Y向暗条纹数纵模数旋转圆周向暗条纹数径向暗条纹数纵模数第6页，共29页。第四节高斯光束一、高斯光束的表达式束腰的定义…第7页，共29页。第四节高斯光束二、高斯光束的特性什么时候是平面波？什么时候汇聚/发散？三、高斯光束的聚焦条件L>>f才有ω’=λf/πω，ω为透镜前的束腰大小五、高斯光束的准直倒置望远镜第8页，共29页。第五节激光的稳频技术激光频率变化的原因?温度变化振动大气影响其他物理原因，如磁场、电场，力2为什么要稳频?波长基准3如何度量频率稳定?频率稳定度频率再现性4稳频的种类:主动被动lamb下陷Zeeman效应双频激光第9页，共29页。第六节激光调制技术一、光调制的基本概念幅值调制、强度调制、频率调制、相位调制内/外调制二、电光调制电光效应pockels效应用途三、声光调制弹光效应，Bragg四、磁光调制:法拉第旋光效应特点五、电源调制电源调制成直接调制六、干涉调制第10页，共29页。第二章激光干涉测量技术第一节激光干涉测量长度和位移—、干涉测长的基本原理激光干涉的条件：频率相同、相位差初始恒定、振动方向相同（非正交）、小于波列长度（Δτ≤1/Δυ）二、测量系统组成:激光干涉系统、条纹计数计数和处理结果的电子机械系统光路布置原则条纹计数与判向原理三、干涉条纹对比度第11页，共29页。第三节激光外差干涉测量技术外差干涉仪的定义及原理：优点：能力：电路静态频率：V1-V2动态频率：(V1-V2）±Δf为不失真,Δf≤1/3(V1-V2)所以对于一个双频激光干涉仪其最大的测量速度为:v≤λ/6(V1-V2)第12页，共29页。第四节激光全息干涉测量技术一、全息干涉基本原理记录波前信息二、全息干涉测量技术实时法二次曝光法时间平均法

第13页，共29页。第五节激光散斑干涉测量技术什么散斑？散斑产生的条件：1）粗糙表面，h>λ产生均匀散斑2）必须有高相干光激光散斑干涉的特点ESPI定义及特点第14页，共29页。第六节激光光纤干涉测量技术其优点是什么？分类及各自特点迈克耳逊（Michelson）光纤干涉仪马赫-泽德（Mach-Zehnder）光纤干涉仪萨格奈克(Sagnac)光纤干涉仪法布里-珀罗(Fabry-Perot)光纤干涉仪第15页，共29页。第七节激光多波长干涉测长技术无导轨绝对测量技术传统技术的缺点:需要导轨,计时从始态到终态全部过程,中间不允许掉电.计数时间长,测量长度较大时耗时时间长,易受环境因素的影响无零位,增量式测量,不能测量绝对位移小数重合法合成波长半导体激光线性调频绝对距离干涉测量正弦调制半导体激光干涉测距第16页，共29页。第三章激光衍射测量技术第一节激光衍射测量原理衍射/绕射定义一、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射两者的区别:按光源、障碍物/衍射物，观察屏三者之间的距离或位置

二、单缝衍射测量单缝衍射特点及应用

三、圆孔衍射测量Airy斑第17页，共29页。第二节激光衍射测量方法常用的测量方法主要有：1、间隙测量法2、反射衍射测量法3、分离间隙法4、互补测屏法5、爱里斑测量法6、衍射频谱检测法第18页，共29页。第三节激光衍射测量的应用应用:传感器、孔径测量、形貌、振动、折射率等光学接收器件的选择与布置衍射级数的选择一般2,3级条纹计数越大(相对测量),越灵敏,但是强度变弱光电器件尺寸一般不要超过条纹间距条纹移动量不应该超过器件的尺寸或者条纹间隔否则容易发生误判第19页，共29页。第四章激光准直及多自由度测量第一节准直测量原理1）振幅/光强测量法:a．菲涅耳波带片法b.位相板法c.双光束法干涉测量法:1．楔形板干涉法2.双频激光干涉法3.光栅干涉法偏振测量法第20页，共29页。第二节激光准直仪的组成主要组成(三部分):激光器光束准直扩束系统光电接收系统及处理电路部分激光器的选型及补偿措施扩束装置的种类及特点:1）开普勒式望远镜2）伽利略式望远镜3）组合式倒置望远镜光电接收器件: a.硅光电池二分型四象限器(四分型) b.PSD一维PSD二维PSD c.光电倍增管d.CCD第21页，共29页。第三节大气扰动及激光束漂移大气如何影响准直测量?克服大气挠动的方法主要有:机械法光学法第22页，共29页。第五节激光多自由度测量技术一般根据测量的自由度的数量划分：两自由度测量系统四自由度测量系统五/六自由度测量系统测量滚转角测量系统的结构及特点第23页，共29页。第五章激光视觉三维测量技术视觉检测(VisionInspection)技术:在计算机视觉理论基础上发展起来的,利用光学成像特性,应用测量领域.特点:非接触、速度快、精度适中、可实现在线,全场应用:工业产品的在线检测。分类:主动视觉检测(ActiveVision)\被动视觉检测(passiveVision)激光视觉检测技术:利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测第24页，共29页。第一节激光三角法测量原理激光三角法的结构:1.直射式2.斜射式各自特点:项目直射式斜射式测量公式接收的光散射光反射光或者散射光,信号好测量位置同一点不同点(可能有误差)分辨率低较高精度/测量范围/体积低大小高小大第25页，共29页。第二节激光视觉测量的基本原理激光视觉检测技术:利用激光做光源来获取结构光的主动视觉检测激光视觉传感器:由结构光和CCD摄像机组成的测量装置.结构光的类型:点线多线视觉传感器的核心：其数学模型理想摄像机模型实际摄像机模型存在的畸变及种类为什么CCD取中心附近进行测量？第26页，共29页。第六章激光的其他测量技术第一节激光多普勒(Doppler)测速技术一、多普勒测速原理二、激光多普勒测速仪的组成激光器、光学系统、信号处理系统特点三、多普勒全场测速技术DGVDGV原理鉴频器注意事项:等光程,CCD参数一致,恒温第27页，共29