激光在精密測量中的應用課件

第6章激光在精密測量中的應用（3）6.5激光多普勒測速6.6環(huán)形激光測量角度和角加速度16.5激光多普勒測速激光多普勒測速的原理：用一束單色激光照射到隨流體一起運動的微粒上，測出其散射光相對于入射光的頻率偏移，即所謂的多普勒頻移，進而確定流體的速度。2運動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流體一起運動(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Q3差頻法測速可分為兩類：參考光束型多普勒測速：檢測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速：檢測兩束散射光之間的頻差（多普勒頻差）。5參考光束型多普勒測速圖6-32所示為參考光束型測速方法的光路的原理圖設和分別表示參考光和散射光的電矢量的瞬時值則合成光強I應正比于合成電矢量的模平方，由四項組成6參考光束型多普勒測速(續(xù))光電倍增管實際感受到的合成光強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，用復指數(shù)函數(shù)的實部表達它的規(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為i，則有7雙散射光束型多普勒測速

雙散射光束型測速方法是通過檢測在同一測量點上的兩束散射光的多普勒頻差來確定被測點處流體的流速的。如圖6-33所示為干涉條紋型。

8光纖多普勒測速儀原理圖

圖6-35用于血液流速測量的光纖激光多普勒測速儀原理圖10管道內(nèi)水流的測量

雙散射型測量光路圖6-36測量管道內(nèi)水流速度分布的激光多普勒測速系統(tǒng)原理圖11光纖陀螺光纖陀螺也是基于Sagnac效應。以長度為的光纖繞成直徑為的由個圓圈組成的光纖圈，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角精度的方法：加大直徑、增加圈數(shù)。實用的環(huán)形激光測角采用光纖陀螺儀。圖6-39光纖陀螺儀示意圖13第5章典型激光器介紹各種工作物質(zhì)、運轉(zhuǎn)方式的激光器不斷出現(xiàn)。按工作波段分類：紅外和遠紅外激光器、可見光激光器、紫外和真空紫外激光器、X射線激光器。按運轉(zhuǎn)方式分類：連續(xù)激光器、脈沖激光器、超短脈沖激光器。按激光器工作物質(zhì)分類：固體激光器、氣體激光器、染料激光器和半導體激光器。14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：輸出能量大(可達數(shù)萬焦耳)，峰值功率高(連續(xù)功率可達數(shù)千瓦，脈沖峰值功率可達千兆瓦、幾十太瓦)，結(jié)構(gòu)緊湊，牢固耐用。廣泛應用于工業(yè)、國防、醫(yī)療、科研等方面，例如打孔、焊接、劃片、微調(diào)、激光測距、雷達、制導、激光視網(wǎng)膜凝結(jié)、全息照相、激光存儲、大容量通信等。15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: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)、國防和科學研究中，都有廣泛的應用。三種典型氣體激光器：He-Ne激光器：具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、光束質(zhì)量好、工作可靠和制造容易等優(yōu)點，至今仍然是應用最廣泛的一種氣體激光器。主要譜線是0.6328m紅光，黃光(0.594m)、綠光(0.543m)和橙光(0.606m、0.612m)

17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。其激光波長為10.6m和9.6m。優(yōu)點：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(2025)％，連續(xù)輸出功率可達萬瓦量級，脈沖輸出能量可達萬焦耳，脈沖寬度可壓縮到毫微秒。被廣泛用于材料加工、通信、雷達、誘發(fā)化學反應、外科手術等方面，還可用于激光引發(fā)熱核反應，激光分離同位素以及激光武器等。18典型氣體激光器(續(xù))離子(Ar＋)激光器：以氣態(tài)離子的不同激發(fā)態(tài)之間的激發(fā)躍遷進行工作的氣體激光器。Ar＋激光器的激光譜線很豐富，主要分布在藍綠光區(qū)，其中，以0.4880m藍光和0.5145m綠光兩條譜線最強。Ar＋激光器既可以連續(xù)工作，又可以脈沖狀態(tài)運轉(zhuǎn)。連續(xù)功率一般為幾瓦到幾十瓦，高者可達一百多瓦，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)加工等許多領域。19半導體激光器半導體激光器：以半導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)簡單、價格便宜以及可以高速工作等一系列優(yōu)點。它是目前光通信領域內(nèi)使用的最重要光源，并且在CD、VCD、DVD播放機、計算機光盤驅(qū)動器、激光打印機、全息照相、激光準直、測距、及醫(yī)療等許多方面都獲得了重要應用。21其它激光器

準分子激光器：(如ArF，193nm，用于光刻機)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。輸出的激光波長可在相當寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧，原則上可從厘米波一直調(diào)諧到真空紫外?？梢垣@得極高的光功