激光干涉仪光电检测电路的设计
激光干涉仪的设计与应用
激光干涉仪的设计与应用激光干涉仪是一种利用激光干涉原理测量物体长度的仪器。
它的特点是测量精度高，可达到亚微米级别，适用于各种长度的测量。
在制造、工程、科学等领域都有重要的应用，下面将介绍其设计和应用。
一、激光干涉仪的原理激光干涉仪基于干涉原理，即利用激光的相干性，将两束激光光束分别照射到测量物体的两个不同位置上，然后让光束反射回来，经过干涉产生干涉条纹，通过分析干涉条纹的移动和变化，可以测量物体的长度、形状和表面质量等。
二、激光干涉仪的构造激光干涉仪主要由光源、分光器、反射镜、光电探测器、转换电路等组成。
其中光源是激光器，应具有单色、长寿命、高光强度、小发散角度等特点。
分光器和反射镜将激光分成两束并反射回到测量物体上，然后经过干涉、反射等过程，形成干涉条纹。
光电探测器可以将光电信号转换成电信号，然后经过转换电路放大、滤波、解调等处理，最终得到测量结果。
三、激光干涉仪的应用1.表面形貌测量激光干涉仪可以用于表面形貌测量，例如测量机械零件的平整度、光学元件的表面形状、生物医学材料的表面粗糙度等。
利用干涉技术可以获得高精度的表面高程和表面形状信息。
2.形变测量激光干涉仪也可用于测量物理量的变形，如应力、形变、位移等。
例如在建筑工程中可以利用激光干涉技术测量混凝土梁的挠度和伸缩变形，从而评估结构的安全性。
3.纳米测量激光干涉仪可用于纳米尺度测量，例如测量纳米材料的形貌、纳米粒子的大小等。
利用干涉技术可以获得高分辨率的纳米级别表征。
4.光学元件测试激光干涉仪还可以用于光学元件测试，例如测量透镜、反射镜、光栅等的曲率半径、折射率、相位等。
利用干涉技术可以获得高精度的光学参数信息。
四、其他需要注意的事项使用激光干涉仪时需要注意安全，避免对人眼造成伤害。
此外激光干涉仪的精度和灵敏度都较高，需要进行科学的校准和校验，避免因仪器误差而产生误报。
总之，激光干涉仪作为一种高精度的测量工具，可以在制造、科学、工程等领域有着广泛的应用。
光电检测电路的设计92页PPT
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— 财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
关于光电检测电路的设计与研究
关于光电检测电路的设计与研究光电检测电路是一种使用光电传感器来检测光信号并将其转换为电信号的电路。
它在许多领域都有着广泛的应用，包括光电开关、光电编码器、光电传感器等。
在本文中，我们将对光电检测电路的设计与研究进行探讨，并介绍一种基于光电传感器的光电检测电路设计方案。
1. 光电检测电路的基本原理光电检测电路的基本原理是利用光电传感器对光信号进行检测，并将其转换成电信号。
光电传感器通常由光源、光敏元件和信号处理电路组成。
当光信号照射到光敏元件上时，光敏元件会产生对应的电信号，然后通过信号处理电路进行放大、滤波和处理，最终输出符合要求的电信号。
（1）选择合适的光电传感器在设计光电检测电路时，首先需要选择合适的光电传感器。
根据具体的应用需求，可以选择光电开关、光电编码器或者其他类型的光电传感器。
在选择光电传感器时，需要考虑光敏元件的灵敏度、波长响应范围、工作距离、输出类型等参数，以确保选用的光电传感器能够满足设计要求。
（2）设计光源电路对于一些需要主动照射光线的光电传感器，还需要设计光源电路。
光源电路可以选择LED、激光二极管等作为光源，通过适当的驱动电路将其与光电传感器相连，为光敏元件提供足够的光源使其能够正常工作。
（3）设计信号处理电路信号处理电路是光电检测电路中的关键部分，它能够对光敏元件产生的微弱信号进行放大、滤波和处理，最终输出符合要求的电信号。
在设计信号处理电路时，需要考虑信噪比、动态范围、带宽、响应时间等因素，以确保信号处理电路能够有效地提取出光敏元件中的信号并进行合适的处理。
3. 基于光电传感器的光电检测电路设计方案基于光电传感器的光电检测电路设计方案通常可以分为三个部分：光源驱动电路、光敏元件接收电路和信号处理电路。
下面将对这三个部分进行详细的设计说明。
光源驱动电路通常采用LED作为光源，通过一个适当的驱动电路来控制LED的亮度。
常用的LED驱动电路有恒流驱动电路和脉宽调制驱动电路。
激光干涉仪课程设计报告
一种高分辨率双频激光干涉仪设计双频激光干涉仪技术现状与国内外概况 (2)总体方案设计 (6)总体框图 (6)双频激光干涉测量系统组成 (6)测量电路设计 (9)1）初级光电转换 (9)2）初级调理电路 (9)3）差分转换和放大电路 (10)4）波形转换电路 (11)5）细分电路 (12)6）同步器电路 (14)7) 连续计数模块 (15)8）显示电路 (17)系统电路总图(部分连线使用网络标号) (19)软件设计 (20)1)first piece： (20)2)second piece： (20)总结与展望 (25)系统最大的特点及优势 (25)误差分析与补偿 (25)综述 (25)经验总结 (26)参考文献 (27)双频激光干涉仪技术现状与国内外概况激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，随着现代科技的不断进步，激光技术已渐渐地被人们所接受和认同。
随着激光干涉测量技术日渐成熟，激光的应用领域也已十分广泛，几乎涉及到当今科技的各个方面。
尤其是在激光加工、激光测量、军事上的应用更是显现出极大的优势与潜力。
激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展。
激光干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉仪有单频的和双频的两种，单频的是在20世纪60年代中期出现的，最初用于检定基准线纹尺，后又用于在计量室中精密测长。
而双频激光干涉仪的发明使激光干涉仪最终摆脱了计量室的束缚，更为广泛的应用于工业生产和科学研究中。
双频激光干涉仪是七十年代初期由美国HP公司首先推出的，至八十年代中期十几年时间内几乎垄断了世界市场。
双频激光干涉仪采用外差干涉测量原理，克服了普通单频干涉仪测量信号直流漂移的问题，具有信号噪声小、抗环境干扰、允许光源多通道复用等诸多优点，使得干涉测长技术能真正用于实际生产。
它可用于精密机床、大规模集成电路加工设备等的在线在位测量、误差修正和控制，是激光在计量领域中最成功的应用之一，也是工业中最具权威的长度测量仪器。
关于光电检测电路的设计与研究
关于光电检测电路的设计与研究光电检测电路是一种常用的电子电路，用于检测光的存在和强度。
光电检测电路可以应用在许多领域，如光电传感器、光电计数器、光电开关等。
设计光电检测电路时，首先需要选择合适的光电传感器。
常见的光电传感器有光敏二极管（Photodiode）、光敏三极管（Phototransistor）等。
这些传感器可以将光信号转换成电信号，进而被电路检测和处理。
在设计光电检测电路时，需要注意以下几个方面：1. 光电传感器的选择：不同的传感器有不同的特性和应用范围，根据具体的需求选择合适的传感器。
光敏二极管对光的响应速度较快，适用于高速光电测量；而光敏三极管对光的响应度较高，适用于弱光检测。
2. 光电传感器的驱动电路设计：光电传感器通常需要外部电压源来驱动，因此需要设计一个合适的驱动电路。
驱动电路的设计要考虑传感器的电流和电压需求，以及电压源的可调性和稳定性。
3. 信号放大和滤波电路设计：光电传感器输出的电信号通常较弱，需要通过放大电路放大信号，并通过滤波电路滤除噪声。
放大电路可以采用运放放大器实现，而滤波电路可以采用RC滤波器实现。
4. 电路的抗干扰能力：光电检测电路往往会受到环境光和电磁干扰的影响，因此需要设计电路具有一定的抗干扰能力。
抗干扰电路设计可采用差分放大器、屏蔽层等技术。
5. 电路的稳定性和精确性：光电检测电路的输出结果需要精确可靠，因此需要注意电路的稳定性和精确性。
对于需要高精度测量的应用，可以使用锁相放大器等精密测量设备来提高电路的测量精度。
光电检测电路的设计需要考虑光电传感器的选择和驱动电路设计、信号放大和滤波电路设计、电路的抗干扰能力、电路的稳定性和精确性等方面。
合理设计和研究光电检测电路，可以提高光电检测系统的性能和可靠性，并应用于广泛的领域。
光电检测电路的设计及实验研究
光电检测电路的设计及实验研究光电检测电路在多个领域具有广泛的应用，如光学测量、图像处理、环境监测等。
光电检测电路的设计与实验研究在提高检测精度、降低噪声、增加灵敏度等方面具有重要意义。
本文将介绍光电检测电路的设计方法及实验研究，以期为相关领域的研究提供参考。
随着科技的不断发展，光电检测电路的研究也日益受到。
光电检测电路的设计方法多种多样，不同的设计方法对应不同的应用场景。
当前，研究者们主要光电检测电路的精度、灵敏度和稳定性等方面的研究。
在此基础上，本文旨在设计一种高效、稳定的光电检测电路，并对其进行实验研究。
光电检测电路的核心部分是光学系统。
光学系统的设计主要包括光源、光路和光探测器三个部分。
在设计中，应根据实际需求选择合适的光源和光探测器，并通过对光路的优化设计，提高光的利用率和检测精度。
光电检测电路的电路部分主要包括信号处理电路和光电探测器接口电路。
信号处理电路主要对探测器输出的信号进行放大、滤波和数字化处理；光电探测器接口电路则主要实现光信号到电信号的转换。
在设计中，应充分考虑各部分电路的功能和特点，确保整体电路的稳定性和可靠性。
本文采用的光电检测电路实验设备及材料包括：光源、光路组件、光电探测器、信号处理电路板、计算机等。
在实验中，首先对光电检测电路进行组装和调试，确保电路的正常运行。
接着，对电路进行性能测试，包括光源的稳定性、光路的传输效率、光电探测器的响应速度和信号处理电路的精度等。
通过对比不同条件下的实验数据，分析电路的性能表现及误差来源。
实验结果表明，该光电检测电路在光源稳定性、光路传输效率和光电探测器响应速度方面均表现出较好的性能。
同时，信号处理电路通过对探测器输出信号的处理，有效降低了噪声，提高了检测精度。
在实验过程中，发现光电检测电路的性能受到光源强度、光路传输损耗、探测器性能和环境因素等影响。
为了进一步提高电路的性能，可以采取以下措施：优化光学系统设计，提高光源的稳定性和光路的传输效率；选用高性能的光电探测器，提升电路的响应速度和精度；加强电路的噪声抑制能力，提高信号处理电路的稳定性。
激光干涉微位移测量系统设计课题总结报告
北京信息科技大学《专业综合实践》报告题目激光干涉微位移测量系统设计学院仪器科学与光电工程专业光信息科学与技术学号2011010736、744、750、728姓名邓伟壮、潘晗、张驰、贾希冉指导老师日期2015.1目录题目激光干涉微位移测量系统设计 (1)目录 (2)一、方案要求 (3)1、设计内容 (3)2、设计目标 (3)3、设计预计实现目标 (3)二、方案调研及原理 (3)1、光学微位移测量的几种方法 (3)（1）光外差法 (3)（2）电镜法 (3)（3）激光三角测量法 (4)（4）干涉法测量 (4)2、光电接收器件 (4)（1）光敏电阻 (4)（2）PIN光电二极管 (4)（3）利用PIN光电二极管检查光信号 (6)三、测量系统设计 (8)1、整体电路设计 (8)2、光路部分 (8)3、电路部分设计 (10)（1）前置放大电路（电流/电压转换） (10)（2）电压跟随器（电压稳定） (11)（3）去直流电路（高通滤波） (11)（4）滤波电路（低通滤波） (12)（5）两级放大电路（5~50倍放大） (12)（6）负电压电路（由于用电池供电，需要负电源） (12)4、软件部分设计 (13)四、系统调试分析 (13)1、光路部分 (13)2、电路部分 (13)3、软件部分 (13)五、结论 (13)激光干涉微位移测量系统设计课程设计总结报告成员：邓伟壮 2011010736潘晗 2011010744张驰 2011010750贾希冉 2011010728一、方案要求1、设计内容基于激光干涉的方法，利用光电探测器，实现微位移的高精度测量。
设计主要包括两部分：1）方案调研、测量系统设计及分析；2）搭建系统，获取干涉条纹，条纹处理，完成微位移测量。
2、设计目标1）微位移测量精度达到微米量级；2）测量范围小于等于1毫米；3）测量结果显示。
3、设计预计实现目标1）光学部分得到可视性较好的干涉条纹2）电路部分最终输入单片机前得到方波的脉冲波形3）单片机后在LCD上显示出微测量的数值结果4）（拓展）在电脑中显示测量结果二、方案调研及原理1、光学微位移测量的几种方法光学测量方法是伴随激光、全息等技术的研究发展而产生的方法,它具有非接触、材料适应性广,测量点小、测量精度高、可用于实时在线快速测量等特点,在微位移测量中得到了广泛的应用。
激光干涉仪课程设计
激光干涉仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解激光干涉仪的基本原理，掌握干涉现象的产生与调节方法。
2. 学生能掌握激光干涉仪在物理实验中的应用，了解其在科学技术领域的意义。
技能目标：1. 学生能够独立操作激光干涉仪，进行干涉实验，并准确记录实验数据。
2. 学生能够运用所学知识，分析激光干涉仪的干涉图样，解释实验现象。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习激光干涉仪，培养对物理科学的兴趣和求知欲，提高探索精神。
2. 学生在学习过程中，培养团队合作意识，学会尊重他人，严谨的科学态度。
课程性质分析：本课程为物理学科实验课程，以激光干涉仪为教学载体，通过实践操作，让学生深入了解干涉现象及其应用。
学生特点分析：本课程针对的是高中年级学生，他们已经具备了一定的物理知识基础和实验操作能力，对新鲜事物充满好奇，但需引导他们从实践中总结规律，提高分析问题解决问题的能力。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实验操作技能。
2. 通过分组合作，培养学生的团队协作能力和沟通能力。
3. 强化实验过程中的安全意识，培养学生的责任感。
二、教学内容本章节教学内容以高中物理课本中光学干涉部分为基础，结合激光干涉仪实验，具体内容包括：1. 激光干涉原理：介绍激光的特性，干涉现象的基本原理，包括相干光、光程差、干涉条件等。
2. 激光干涉仪结构：讲解激光干涉仪的组成部分，如激光源、分束器、反射镜、光阑等，并介绍各部分的作用。
3. 实验操作与数据处理：指导学生进行激光干涉实验，包括实验步骤、操作要点、数据记录与处理方法。
4. 干涉图样分析：分析干涉图样的特点，如干涉条纹的分布、间距、亮度等，探讨影响干涉图样的因素。
5. 激光干涉仪的应用：介绍激光干涉仪在科学研究、生产生活中的应用，如测量、检测、光学元件评价等。
教学大纲安排如下：第一课时：激光干涉原理，介绍激光干涉基本概念，理解干涉现象的产生条件。
第二课时：激光干涉仪结构，认识激光干涉仪的各部分，了解其工作原理。
一种双频激光干涉信号探测器的设计
一种双频激光干涉信号探测器的设计乐燕芬;时颖;句爱松【摘要】为了获取高精密双频激光干涉测量中的干涉信号,完成了一种新的光电探测器电路设计.该探测器利用AD645设计了精密低噪声光电转换前置放大器,保证微弱干涉光信号的有效接收;增益可调的主放大器设计保证输出信号足够的动态范围,适应不同类型的干涉信号处理电路,双二次型带通滤波器有效抑制了噪声与温漂.结果表明,研制的光电探测器能完成微弱干涉信号的接收处理,信噪比高、频率稳定、结构简单易实现,可应用于高精密比相计等激光干涉仪信号处理装置.%In order to obtain the interference signal in a high-precision heterodyne interferometer, a new design of gain-controlled weak-signal detector was presented. In the detector circuit, a low noise photoelectric conversionpre-amplifier was designed based on AD645 to convert the weak interferometric beam effectively. A gain-controlled main amplifier was designed to guarantee the dynamic range for the signal and applicable for various processing circuit. A biquad band-pass filter was introduced to minimize the noise and the temperature drift. It is verified experimentally that the output signal of detector has high signal-to-noise ratio, large dynamic range and high gain. The detector with high performance can be used in high precision interferometers.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2012(036)006【总页数】4页(P759-762)【关键词】光电子学;双频激光干涉仪;光电信号探测器;低噪声;增益可调【作者】乐燕芬;时颖;句爱松【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH744.3引言双频激光干涉测量系统是目前最常用的精密激光测量系统。
双频激光干涉仪相位差测量系统的设计_董洪波
双频激光干涉仪具有可靠性好、 准确度高、 光源 可多通道复用等众多优点， 它被广泛应用于数控机 床、 质量控制及校准服务、 坐标测量机、 光刻系统、 高 清晰度印刷、 平板显示检测、 航空和航天、 半导体、 汽 ［1 － 2 ］ 。 车、 生物科技、 军事、 学术及研发等众多领域 双频激光干涉仪测量系统中， 由参考信号和测量信 号形成的相位差的测量， 是后续信号处理的关键， 如 何准确测得相位差有着重要的意义 。 目前对于外差干涉信号的处理方法大致有两
— 11 —
可以实现高精度的动态测量， 其测量精度取决于相 ［4 ］ 。 位差的检测精度 基于相关算法的相位检测方 法测量精度可以达到很高， 采用现场可编程门阵列 （ FPGA） 易于实现且处理速度快。 双频激光干涉仪的信号处理及相位差测量系统 的设计框图可由图 1 描述， 双频激光信号经过干涉 由光电接收器将光信号接收并转化成电信 系统后， 号， 输出后经过模数转化电路将模拟信号转化成数 字信号， 送入 FPGA， 进行数据处理， 最后输出结果。
光电二极管的响应速度、 噪声、 温度性以及敏感波长 ， 等因素 本设计中选用的光电二极管为日本横滨公 司生产 PIN 型高速硅光电二极管 S3399 ， 其光敏感 度为 0． 46 μA / μW， 暗 电 流 为 0． 01nA， 结电容为 4． 5pF， 响应截止频率为 100MHz。 硅光电二级管在光伏模式下工作， 可实现非常 被放大的信号与入射光强成正 精确的 线 性 度， 比
3
3． 1
FPGA 数据处理部分
理论基础 为减少采集随机性造成的相位误差， 以及信号
ห้องสมุดไป่ตู้
由式（ 4 ） － （ 5 ） 得： R SZ1 （ 0 ） = arctan R SZ （ 0 ）
光电检测电路的设计PPT012
1）确定线性工作区域
由对应最大输入光通最Φmax的伏安
曲线弯曲处即可确定转折点M。相应的转
折电压 U 0或初始电导值 G0可由图a中图示 关系决定。在线段MN上有关系
G 0 U 0 GU 0 S max
由此可解得
U 0 S max /(G0 G)
或
G 0 G S max /U 0
用解析法计算输入电路 a) 确定线性区 b) 计算输出信号
式中的光功率P可以是光通量Φ，单位lm，也可以是光照度E 单位lx 。光通量和照度之间的关系为
Φ＝AE
式中，A——光敏面受光面积。
利用折线化的伏安特性，可将线性区内任意Q点处的电流值I表示为 两个电流分量的组合：即与二极管端电压U成正比，由结间漏电导G形成 的无光照电流（暗电流）Id和与端电压无关仅取决于输入光功率的光电 流Ip。因此，在线性区内的伏安特性可以解析地表示为
①使探测器有足够高的探测率 D*，以确保获得一定裕度
的信噪比。
②探测器有合适的灵敏度S，以保证对应于入射辐射通量 的微小变化，有足够幅度的电信号输出。
③使入射通量的变化中心处于探测器光电特性的线性范围 内，以确保获得良好的线性检测。
典型光电检测器件的探测率比较曲线
3）使检测器件和光信号的调制形式、信号频率及波形相匹 配，以保证得到良好的时间响应和没有频率失真的输出波形。
几种典型光电检测器件特性参数的定性比较
2、恒流源型光电器件输入电路的静态计算
光电检测电路的设计任务是根据入射光信号的性质和大小 来选择输入电路形式，并估算电路工作状态和器件参数，在保 证信号不失真的情况下获得最大的光电转换能力，同时要使之 和后级放大电路相匹配以利于信号的进一步传输。
缓慢变化的光信号通常采用直流检测电路。直流电路的计 算重点在于确定电路的静态工作状态，由于光电检测器件伏安 特性的非线性，一般采用非线性电路的图解法和分段线性化的 解析法来计算。我们将根据器件伏安特性的性质分作：恒流源 型、光伏型和可变电阻型三种基本类型，并且以光电二极管为 线索介绍它们在各种工作状态下的电路计算方法。
物理实验技术中的激光干涉测量技巧
物理实验技术中的激光干涉测量技巧激光干涉测量技术在物理实验中被广泛应用，具有高精度、非接触、高速测量等特点。
本文将介绍激光干涉测量技术的原理、常见应用以及相关的技巧。
一、激光干涉测量技术的原理激光干涉测量主要利用激光的波动性以及光的相位差来测量被测量体的形状、振动、位移等参数。
具体而言，激光束从激光器发出后经由光学系统进行整形、调节，并通过分束镜将激光分成两束光线，分别射向被测量体的不同部位。
被测量体上的反射光线再经由反射镜汇聚到合束镜并通过合束镜合并成一束，最终再通过干涉仪的光程差计算出被测物体的形状、位移等参数。
二、激光干涉测量技术的应用1. 表面形貌测量：激光干涉测量技术可以用于测量各种物体的表面形貌，如微观表面粗糙度、形状等。
通过激光干涉测量技术可以获取高精度、非接触的表面形貌信息，对于材料加工、制造工艺等领域具有重要意义。
2. 振动测量：激光干涉测量技术可以用于测量物体的振动状态，如机械结构的振动、声学振动等。
通过激光束的干涉效应可以实时地观测物体的振动状态，并得到相关参数，对于振动分析与控制具有重要意义。
3. 位移测量：激光干涉测量技术可以用于测量物体的位移。
通过激光束的干涉效应可以实时地测量物体的位移，具有高精度、高灵敏度的特点，可以应用于位移传感、结构变形检测等领域。
三、激光干涉测量技术的技巧1. 技术参数的选择：在进行激光干涉测量时，需要根据被测对象的特点选择合适的激光波长、功率、光斑直径等参数。
不同的被测对象需要不同的技术参数来保证测量的准确性和稳定性。
2. 光路设计与调整：激光干涉测量技术中的光学系统是非常重要的，合理的光路设计和调整对于获得准确的测量结果至关重要。
要注意对光路的稳定性、光斑的均匀性、光束的聚焦等问题，以保证测量的精度和可靠性。
3. 干涉信号处理：激光干涉测量所得到的干涉信号含有丰富的信息，但也伴随着一定的噪声。
因此，在信号处理时需要注意对干涉信号进行滤波、放大、数字处理等操作，以提高信噪比和测量精度。
激光干涉仪检测与调整过程讲解
激光干涉仪检测与调整过程讲解激光干涉仪是一种常用的光学测量工具，可以用于测量非常小的距离和角度变化。
它通常由两个关键组件组成：稳定的激光源和一个高质量的干涉仪。
在本文中，我们将介绍激光干涉仪的工作原理、使用方法和调整过程。
激光干涉仪的工作原理激光干涉仪的设计基于激光干涉原理，该原理是将激光束分为两个光束，分别通过被测物体的两个侧面，然后将两束光重新合成。
当光束互相干涉时，它们会产生间隔的明暗条纹，这些条纹的间隔可以被用于测量小的长度变化。
在实践中，激光干涉仪使用的激光源通常是由半导体光源提供的，这种光源在可见光范围内有非常狭窄的频谱分布。
可以使用反射镜和分束器将光分为两束。
在光路上分别安装一个光栅使得干涉仪可以使用逆反射干涉，提高测量的精度。
使用激光干涉仪进行测量在进行测量时，需将两束光线分别传输给要被测量的物体的两个侧面。
当两束光线重新合并时，它们会形成明暗相间的条纹图案，这是干涉产生的结果。
通过测量条纹的间隔，我们可以轻松地计算出被测物体的位移变化。
激光干涉仪可用于测量非常小的长度、位移和角度变化，其度量精度可以达到亚微米级别。
此外，通过使用高质量的干涉仪，我们可以将其用于高精密表面形貌测量。
调整激光干涉仪如果干涉仪的调试不当，会导致干涉条纹模糊或者严重扭曲的情况，降低干涉仪的度量精度。
因此，在使用激光干涉仪进行测量之前，必须对其进行调整。
以下是调整激光干涉仪的步骤：1.调整激光源：确保激光源光束的宽度和强度足够稳定。
可以将激光传输到墙上的标定留置板来检查光束的准直性和焦点。
2.双色干涉圈合并：在数字式激光干涉仪中，需要将蓝色和红色光线重合在一个干涉圈内。
使用向一侧旋转/切向板识别同步点，其中图案由蓝色和红色光线表示。
提示：每次转动方向8分钟。
3.气象因素：排除湿度、温度固定输出、地面震动等因素的影响。
工作时确保放在一个平稳的场所，切不可震动。
4.探头选择：一般选其低灵敏度的测头。
不完全平整的表面则需要高灵敏度的探头。
激光干涉仪的设计和研究
激光干涉仪的设计和研究激光干涉仪是一种测量长度及其它物理量的高精度仪器，广泛应用于科学研究、工程技术和制造业等领域。
它利用激光干涉原理进行量测，具有非接触、高分辨率、高精度、高重复性等优点，被认为是当今测量技术的重要手段之一。
在本文中，我们将介绍激光干涉仪的基本原理、结构、系统设计和应用研究等方面的内容。
一、激光干涉仪的基本原理激光干涉仪利用激光束的相干性进行测量，其基本原理是利用激光裸眼的相干性来探测光程差。
激光干涉仪的核心部件是激光源、分束器、反射镜、合束器和检测器等，在基本雷达原理（Pulse-Doppler）和光学原理（Fourier光学原理等）的指导下，实现了高精度、高分辨率的长度（位移、振动、形变等）测量，被广泛应用于工业、医疗、天文学、地震等研究领域。
二、激光干涉仪的结构激光干涉仪的结构主要由激光源、分束器、反射镜、合束器和检测器组成。
其中，激光源是激光干涉仪的核心部件，其发出具有高相干性的光束，在分束器（例如Michelson型干涉仪）中分成两束光，分别从两个不同方向入射到反射镜后反射回分束器中，在其中进行干涉，被合束器接收，形成干涉图案输出。
三、激光干涉仪的系统设计对于激光干涉仪的设计，需要考虑的因素包括激光源的功率、相干长度、波长、宽度、容差、相位调制、检测器的灵敏度、功率和分辨率等。
其中，关于相干长度和宽度的设计，主要受到波长、带宽、孔径、距离、分辨率等多个因素的影响。
另外，还要考虑到工作环境条件、干涉仪的运作成本、维护和输入成本等因素。
四、激光干涉仪的应用研究激光干涉仪在工业、科学和文化领域均有广泛的应用，例如精密测量和控制、精密制造、工程测量、航空、航天、自然科学实验室、文化遗产保护等方面。
其中，高精度和高灵敏度预警和检测、能量和动力瞬态测量，以及颤振分析和复杂几何形体的测量等，是激光干涉仪在科学研究、工程技术、军事等领域应用的热点。
总之，激光干涉仪是当今高精度、高分辨率和高重复性测量的重要手段之一，未来在科学研究、工程技术、制造业等领域，将有更多的创新和成功实现。
《激光移相干涉测试系统的设计》
一．激光移相干涉测试技术原理1.激光干涉仪激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。
目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以麦克森(Michelson)干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统，如图一所示。
激光光经由分束镜(beam splitter)，又称半反射镜(semi-reflector)，将光束一分为二，一束射向一个固定反射镜形成参考路径，一束射向可移动的反射镜形成测量距径。
这二反射镜所反射的光，回到分束镜内重新会合，合并成一道光束并产生干涉条纹射至光电传感器，因传感器感测出这些条纹的明暗变化，经由后级信号处理电路加以处理，即能计算出移动反射镜(待测物)所移动的距离。
激光干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具。
激光干涉仪有单频的和双频的两种。
单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。
双频激光干涉仪是1970年出现的，它适宜在车间中使用。
激光干涉仪在极接近标准状态（温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59％、C O2 含量0.03％）下的测量精确度很高，可达1×10。
1）单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。
当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。
使用单频激光干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
2）双频激光干涉仪在氦氖激光器上，加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。
由于塞曼分裂效应和频率牵引效应, 激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。
一种激光干涉仪外部测量触发电路
一种激光干涉仪外部测量触发电路
刘宁
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2005(025)004
【摘要】激光干涉仪因其具有较高的测量精度而被广泛地应用。
在使用激光干涉
仪（以Agilent5529A激光动态干涉校准仪为例）测量工件的实际尺寸（长度）时，需要用测头去探触工件，以取得工件的实际位置，因此需要有一触发装置，来感知测头是否探触了工件。
本文设计了一个触发电路，能够使激光干涉仪实现这一功能。
【总页数】2页(P52,54)
【作者】刘宁
【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.3
【相关文献】
1.一种激光测量干涉仪的研究 [J], 苏永江
2.一种用于混凝土坝体温度测量的激光干涉仪 [J], 佟庆彬;王海军;邹丽敏;唐涛
3.第三代激光干涉仪r——固体微片激光自混合测量技术的突破 [J], 张书练;谈宜
东
4.迈克尔逊干涉仪测量He—Ne激光波长的一种应急方法 [J], 黄家敏
5.一种测量表面粗糙度的激光外差干涉仪 [J], 古丽蓉;王佳;章恩耀;曹芒
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实验二 双频激光干涉实验
实验二 双频激光干涉实验一、 实验目的了解双频激光干涉测量原理，设计测量长度与角度的干涉系统，并且比较一般干涉测量与双频激光干涉测量的异同。
二、 实验原理1. 测长原理如图1所示：其中L1 为稳频的激光器，Mm 、Mr 为两个全反射组件，P1、P2 为检偏器，D1、D2 为光电探测 器。
Mm 固定在被测物体上。
输出激光含频差为f ∆的两正交线偏振光分量1f 、2f 。
输出光经分光镜 BS 后，一 部分光被反射，经检偏器 P 1, 两频率分量干涉产生拍频，该信号被光电探测器D1 接 收，形成参考信号 Sr 。
透射光经线性干涉仪后，1f 、2f 被分开， 1f 进入参考臂，2f 进入测量臂，由两角锥棱镜反射返回后，在线性干涉仪上会合，经检偏器 P2 后发生干 涉，光电探测器 D2 接收干涉信号，形成测量信号 Sm 。
此时如果测量镜以速度v 移动，则1f 的返回光频率发生变化，成为1D f f +∆,D f ∆为多普勒频差，1D f f +∆通过线性干涉仪与2f 的返回光会合，经检偏后，其拍频被光电 探测器 D2 接收，Sr ，Sm 经前置放大后进入计算机进行计数。
计算机对两路信号进行比较，计算其差值±D f ∆。
进而按下式计算动镜的速度ϑ和移动的距离得出所测的长度 L 。
设在测量中动镜的移动速度v （这里v 可以随时间变化），则由多普勒效应引起的频差变化为：122D v v f f c λ∆== (1-1) 式中：1f 激光频率，c 光速，λ波长，D f ∆为动镜移动时，由它反射回来的光频率 的变化量，也就是经计算机比较计算出来的两路信号的差值。
设动镜的移动距离为D ，时间为t 则：000()222t t t D D D vdt f dt f dt N λλλε==∆⋅=∆⋅=+⎰⎰⎰ (1-2)N ε+为测量过程中动镜下的条纹数（N 为整数部分，ε为小数部分）。
00()t tD D N f dt f dt ε+=∆⋅=∆⋅∑⎰ （1-3）所以，位移D 的计算公式为：()2D N λε=+ (1-4)2. 测角原理如图2所示：如图，基于正弦尺的原理，利用角度干涉仪和角度靶镜，双频激光干涉仪就可以进行角度测量。
实验三 激光干涉测量技术
实验三激光干涉测量技术一、引言激光精密干涉测量技术有着广泛的应用。
区别于基础实验课程中应用成套的干涉仪设备进行测量，本实验使用零散的光学元件搭建干涉装置，旨在锻炼学生的实际光路搭建能力以及相关的实践技巧。
二、实验目的1．了解激光干涉测量的原理2．掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉测量方法3．了解激光干涉测量方法的优点和应用场合4. 锻炼实际光路搭建能力以及搭建干涉测量装置的相关技巧三、实验原理本实验采用泰曼－格林（Twyman-Green）干涉系统，T－G干涉系统是著名的迈克尔逊白光干涉仪的一种变型，在光学仪器的制造工业中，常用其产生的等间距干涉条纹对光学零件或光学系统作综合质量检验。
图1 泰曼－格林干涉仪原理图泰曼－格林干涉仪与原始的迈克尔逊干涉仪不同点是，光源是单色激光光源，它置于一个校正像差的透镜L1的前焦点上，光束经透镜L1准直后，被分束器A 分成两束光，到达反射镜M1和M2并被反射，两束反射光再次经A透射和反射，用另一个校正像差的透镜L2会聚，观察屏放在透镜L2的焦点位置观察，也可不加透镜L2直接观察。
能够观察到反射镜M1和M2的整个范围，从而可获得清晰、明亮的等间距干涉直条纹，其原理如图1所示。
若作出反射镜M1在半反射面A中的虚像M1’（图中未画出），干涉仪的出射光线相当于M2和M1’所构成的空气楔的反射光，因而泰曼干涉仪实际上就等效于平面干涉仪，只是这里两束光的光路被完全分开，进而产生了等厚干涉条纹。
当光源是点光源时，条纹是非定域的，在两个相干光束重叠区域内的任何平面上，条纹的清晰度都一样。
不过，实际上为了获得足够强度的干涉条纹，光源的扩展不能忽略，这时条纹定域在M1和M2构成的空气楔附近。
如图1所示，设入射平面波经M1反射后的波前是W1，经M2反射后相应的波前是W2，W1和W2位相相同。
引入虚波前W1’，它是在W1半反射面A中的虚像，图中画出了虚相交于波前W2上P点的两支光路，这两支光在P点的光程差为即等于W1’到P点的法线距离，因为W1’和W2之间介质（空气）折射率为1，显然当时，P点为亮点，而当时，P点为暗点。
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图4 滤波器幅频特性与相频特性曲线
仿真结果表明 , 当幅值下降到 0. 705 时所对应 的频率值为 533. 3 k Hz ,与滤波器截止频率 f c = 530
k Hz 相对应 , 频率值为 5. 38 M Hz 时所对应的幅值
是 0. 0098 ,阻带幅值衰减为 40 dB/ 10 倍频 。仿真分 析与理论设计基本一致 , 验证了所设计的滤波器的 正确性 。 比较整形电路把低通滤波输出的正弦信号变换 为方波脉冲信号 ,通常采用简单的过零比较器便可 把正弦信号整形成方波信号 , 但过零电压比较器在 零点附近的抗干扰能力较差 。当正弦信号过零时 , 由于信号不稳定或噪声的影响 , 在零点附近有小幅 抖动 ,因此在这样的过渡带 , 比较器会发生多次翻 转 ,导致比较器输出不稳定 ,这是应当避免的 。利用 迟滞比较器代替过零比较器可以提高抗干扰能力 , 避免比较器错误翻转 。
收稿日期 :2009 - 04 - 23. ・284 ・
测电路设计方法 ,能将掩埋在噪声中的激光干涉信 号提取出来 ,通过滤波和整形处理 ,获取脉冲输出信 号 ,为大气垂直探测仪的可靠运行提供有效的控制 信号 。
1 激光干涉信号检测
激光干涉信号通过硅光电探测器接收后生成光 电流 ,经过光电转换前置放大和次级放大电路 ,获取 信号幅值和后续信号调理电路匹配的正弦电压信 号 ,再经过低通滤波电路滤除激光干涉信号的高频 噪声 ,最后对信号进行比较整形获得输出信号 。激 光干涉信号光电检测电路组成如图 1 所示 。 根据干涉信号产生原理 , 参考激光干涉信号的 调制频率 f 可表示如下 : ( 1) f = 2 v/λ 其中 , v 是主干涉仪动镜的速度 ,λ是 He2Ne 激光器
《半导体光电》 2010 年 4 月第 31 卷第 2 期
刘日龙 等 : 激光干涉仪光电检测电路的设计
的波长 。按大气垂直探测仪的设计要求 , 动镜在匀 速段速 度 为 8. 34 cm/ s , He2Ne 激 光 器 的 波 长 为 632. 8 nm 。代入式 ( 1 ) ,计算可得 f = 263. 5 k Hz ,给 定频率值便可求出电路的相关参数 。
器参数 : R1 = 220 Ω , R2 = 100 Ω , R3 = 220 Ω , C1 = 1nF , C2 = 4nF , Q = 0. 71 。 为了验证所设计的 2 阶 But terwo rt h 低通滤波 器是否满足要求 ,在 Multisim10 中进行电路仿真分 析 ,滤波器的幅频特性与相频特性如图 4 所示 。
Abstract : An implementatio n met hod of p hotoelect ric detecting circuit for laser interfero met ry signals is p rovided according to t he performance of t he so under . In order to design a low2noise p reamplifier circuit , it is necessary to choo se an app rop riate p hotoelect ric detector and to analyze t he noise performance of p reamplifer . A 22step But terwort h low pass filter is designed and t he simulatio n in Multisim enviro nment p roves t hat t he filter is effective. A co nditio ning circuit is al so designed for get ting p ul se o utp ut signal s. Key words : p hotoelect ric detecting ; amplifier ; filter ; noise ; interfero met ry
0 引言
激光干涉仪是干涉式大气垂直探测仪的参考干 涉系统 。它利用波长为 632. 8 nm 的 He2Ne 激光光 源 ,在大气垂直探测仪的动镜运动时 ,与目标红外辐 射一起在主干涉系统中同时被调制 , 通过对光电探 测器接收的激光干涉信号进行处理 , 可以获取控制 信号用来触发主干涉仪等间隔采样及控制动镜匀速 运动 。激光干涉信号是微安级的微弱电流信号且带 宽可达 0. 5 M Hz , 为了获取这样的微弱信号 , 需要 设计低噪声的光电检测电路 。在微弱光电信号检测 领域 ,各种新方法层出不穷 , 文献 [ 1 ] 给出基于锁相 放大原理的光电检测电路实现方法 ,文献 [ 2 ] 提出用 快前置放大器对光电信号进行检测 。本文提出了一 种基于低噪声低失真宽带运放 MA X4488 的光电检
Apr. 2010
I nt = 4 k T / Rd
2
( 8)
其中 , I ns 为硅光电二极管的散粒噪声电流 , I nt 为硅 光电二 极管 的热 噪声 电流 , 计算 可 得 I n = 0. 234 nA ,则前放输入端的信躁比
S N Ri = Ip 0 . 23 ×10 - 6 = = 947 In 0 . 243 ×10 - 9 S N Ri = 1 . 09 S N Ro ( 9)
SEMICOND UCTOR OPTOEL Vol. 31 No. 2
Apr. 2010
光电技术应用
激光干涉仪光电检测电路的设计
刘日龙 , 殷德奎
( 中国科学院上海技术物理研究所 , 上海 200083)
摘 要: 依据大气垂直探测仪的设计要求 ,给出激光干涉信号光电检测电路的实现方法 。通 过选择合适的探测器 ,对前置放大级进行噪声分析 , 设计了低噪声光电转换前置放大电路 。利用 Multisim 对 2 阶 But terwort h 低通滤波器进行仿真 ,验证了所设计的滤波器是可行的 。简化设计 了整形电路 ,从而获取脉冲输出信号 。 关键词 : 光电检测 ; 放大器 ; 滤波器 ; 噪声 ; 干涉 中图分类号 : TN247 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 5868 ( 2010) 02 - 0284 - 04
4. 5 nV/ Hz ,输入电流噪声密度 0. 5 f A/ Hz , 输
反馈电容 Cf = 1 p F , 运放 U1 的输入电容 Cin = 10 p F 。代入式 ( 2) ,计算可得 f 3dB = 656. 9 k Hz ,前放电 路带宽 远 大 于 参 考 激 光 干 涉 信 号 的 调 制 频 率 值
Vn =
2 2 2 2 (V 2 ns + V nt + V ne + V ni + V nr ) f 3dB
( 3)
V V
2 nt
2 ns
= 2 qI P R
2
2 f
= 4 k T R f / Rd V ni = in Rf
2 2 2 2
2 2 V ne = ( en R f / Rd )
V nr = 4 k T R f / Rd
图1 光电检测电路组成框图
2 光电转换前置放大电路
硅光电 二 极 管 的 光 谱 响 应 范 围 从 可 见 光 到 1 100 nm ,响应时间从 10 - 9 s 到 10 - 8 s , 响应速度 快 。选用探测单元为 <0. 8 mm 的 PIN 型高速硅光 电二极管 S10783 ,其响应度为 0. 46μA/μW ,暗电流 为 0. 01 nA ,结电容为 4. 5 p F 。 硅光电二极管在光伏模式下工作 , 可实现非常 精确的线性度 ,被放大的信号只与入射光强成正比 。 此时暗电流为零 ,探测器的噪声主要是散粒噪声和 电阻的热噪声 ,当待测信号是微安级的微弱电流信 号时 ,这对提高系统信噪比是非常有益的 。 光电转换前置放大电路将μA 级光电流信号变 换成与后续电路匹配的电压信号 , 这就要求放大器 具有低噪声及低输入偏置电流和输入失调电压性 能 。MA X4488 是 CMOS 输入级运算放大器 , 具有 非常高的输入阻抗 ,在 1 k Hz 时输入电压噪声密度
因此 ,前置放大电路的噪声系数
F = ( 10)
式 ( 10) 表明 ,该光电转换前置放大电路满足低噪声 设计要求 。
3 低通滤波和比较整形电路
通过 MA X4488 构成同相放大器的次级放大电 路后 ,正弦电压信号由前置放大电路 0. 23 V 输出提 升到次级放大电路 2 V 输出 , 满足滤波和整形电路 信号幅值要求 。 经过前级放大的激光干涉信号不可避免存在高 频干扰 ,因此设计低通滤波电路来抑制高频噪声 。 But terwort h 低通滤波器在 ω = 0 及其附近的通带 具有最平坦的幅频响应 ,且随着阶数 n 的增加 ,其频 率响应特性越接近理想的低通滤波特性[ 6 ] 。根据对 系统带宽内电压幅频响应平坦及阻带衰减的滤波器 设计要求 ,选用 2 阶 But terwort h 低通滤波器 ,采用 一级运算放大器 MA X4488 、 两节 R C 滤波网络组成 的有源滤波电路实现 ,其电路如图 3 所示 。
差 ,保持电路精度 [ 3 ] 。光电转换前置放大电路如图
2 所示 。
光电转换前置放大电路的 3 dB 带宽可由下式 给出 [ 4 ] :
f 3dB = B
πRf ( Cj + Cf + Cin ) 2
( 2)
式中 ,运放 U1 的增益带宽积 B = 42 M Hz , 反馈电 阻 Rf = 1 MΩ , 硅光电二极管的结电容 Cj = 4. 5p F ,
常数 k = 1. 38 × 10 - 23 J / K , 光电流 Ip = 0. 23 μA , 计 算可得 V n = 0. 266 mV 。光电转换前置放大电路的 输出电压为