激光測量技術(shù)-總結(jié)第一頁，共46頁。第一章激光原理及技術(shù)第一節(jié)輻射理論概要1.什么是光的波粒二象性光電效應(yīng)光量子學(xué)說原子能級、簡并度及玻爾茲曼分布光與物質(zhì)之間的作用第二頁，共46頁。第二節(jié)激光產(chǎn)生的原理及條件1、由光與物質(zhì)之間的相互作用出發(fā)，引申產(chǎn)生超強(qiáng)激光的可能2、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布及泵浦過程什么是泵浦，泵浦的種類有哪些3、什么是增益介質(zhì)？其應(yīng)滿足什么樣的條件才能成為增益介質(zhì)4、諧振腔的作用有哪些？結(jié)合激光的縱模5、激光產(chǎn)生的條件:泵浦、增益介質(zhì)、諧振腔、閥值條件6、激光器結(jié)構(gòu)及分類第三頁，共46頁。第三節(jié)激光的基本物理性質(zhì)一、激光的方向性,度量方向的指標(biāo)有哪些:發(fā)散角空間立體角二、激光的高亮度三、激光的單色性線寬的定義是什么?影響因素有哪些?

介質(zhì)的均勻性諧振腔的類型、腔長泵浦方式工作的狀態(tài)四、激光的時間相干性和空間相干性什么是時間相干性和空間相干性相干長度Lc=CΔttcΔυ=1橫向相干長度第四頁，共46頁。第三節(jié)激光的基本物理性質(zhì)五、激光的縱模與橫模物理性質(zhì)每一個諧振頻率的振蕩,成為一個模式沿軸向傳播的振動模式,稱為軸向模式,簡稱軸?；蛘呖v模如何形成單模激光?橫模TEMmnq對稱mnq軸向X向暗條紋數(shù)Y向暗條紋數(shù)縱模數(shù)旋轉(zhuǎn)圓周向暗條紋數(shù)徑向暗條紋數(shù)縱模數(shù)第五頁，共46頁。第四節(jié)高斯光束一、高斯光束的表達(dá)式束腰的定義…第六頁，共46頁。第四節(jié)高斯光束二、高斯光束的特性什么時候是平面波？什么時候匯聚/發(fā)散？三、高斯光束的聚焦條件L>>f才有ω’=λf/πω，ω為透鏡前的束腰大小五、高斯光束的準(zhǔn)直倒置望遠(yuǎn)鏡第七頁，共46頁。第五節(jié)激光的穩(wěn)頻技術(shù)激光頻率變化的原因?溫度變化振動大氣影響其他物理原因，如磁場、電場，力2為什么要穩(wěn)頻?波長基準(zhǔn)3如何度量頻率穩(wěn)定?頻率穩(wěn)定度頻率再現(xiàn)性4穩(wěn)頻的種類:主動被動lamb下陷Zeeman效應(yīng)雙頻激光第八頁，共46頁。第六節(jié)激光調(diào)制技術(shù)一、光調(diào)制的基本概念幅值調(diào)制、強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制內(nèi)/外調(diào)制二、電光調(diào)制電光效應(yīng)pockels效應(yīng)用途三、聲光調(diào)制彈光效應(yīng)，Bragg四、磁光調(diào)制:法拉第旋光效應(yīng)特點五、電源調(diào)制電源調(diào)制成直接調(diào)制六、干涉調(diào)制第九頁，共46頁。第二章激光干涉測量技術(shù)第一節(jié)激光干涉測量長度和位移—、干涉測長的基本原理激光干涉的條件：頻率相同、相位差初始恒定、振動方向相同（非正交）、小于波列長度（Δτ≤1/Δυ）二、測量系統(tǒng)組成:激光干涉系統(tǒng)、條紋計數(shù)計數(shù)和處理結(jié)果的電子機(jī)械系統(tǒng)光路布置原則條紋計數(shù)與判向原理三、干涉條紋對比度第十頁，共46頁。第三節(jié)激光外差干涉測量技術(shù)外差干涉儀的定義及原理：優(yōu)點：能力：電路靜態(tài)頻率：V1-V2動態(tài)頻率：(V1-V2）±Δf為不失真,Δf≤1/3(V1-V2)所以對于一個雙頻激光干涉儀其最大的測量速度為:v≤λ/6(V1-V2)第十一頁，共46頁。第四節(jié)激光全息干涉測量技術(shù)一、全息干涉基本原理記錄波前信息二、全息干涉測量技術(shù)實時法二次曝光法時間平均法

第十二頁，共46頁。第五節(jié)激光散斑干涉測量技術(shù)什么散斑？散斑產(chǎn)生的條件：1）粗糙表面，h>λ產(chǎn)生均勻散斑2）必須有高相干光激光散斑干涉的特點ESPI定義及特點第十三頁，共46頁。第六節(jié)激光光纖干涉測量技術(shù)其優(yōu)點是什么？分類及各自特點邁克耳遜（Michelson）光纖干涉儀馬赫-澤德（Mach-Zehnder）光纖干涉儀薩格奈克(Sagnac)光纖干涉儀法布里-珀羅(Fabry-Perot)光纖干涉儀第十四頁，共46頁。第七節(jié)激光多波長干涉測長技術(shù)無導(dǎo)軌絕對測量技術(shù)傳統(tǒng)技術(shù)的缺點:需要導(dǎo)軌,計時從始態(tài)到終態(tài)全部過程,中間不允許掉電.計數(shù)時間長,測量長度較大時耗時時間長,易受環(huán)境因素的影響無零位,增量式測量,不能測量絕對位移小數(shù)重合法合成波長半導(dǎo)體激光線性調(diào)頻絕對距離干涉測量正弦調(diào)制半導(dǎo)體激光干涉測距第十五頁，共46頁。第三章激光衍射測量技術(shù)第一節(jié)激光衍射測量原理衍射/繞射定義一、菲涅耳衍射和夫瑯和費衍射兩者的區(qū)別:按光源、障礙物/衍射物，觀察屏三者之間的距離或位置

二、單縫衍射測量單縫衍射特點及應(yīng)用

三、圓孔衍射測量Airy斑第十六頁，共46頁。第二節(jié)激光衍射測量方法常用的測量方法主要有：1、間隙測量法2、反射衍射測量法3、分離間隙法4、互補測屏法5、愛里斑測量法6、衍射頻譜檢測法第十七頁，共46頁。第三節(jié)激光衍射測量的應(yīng)用應(yīng)用:傳感器、孔徑測量、形貌、振動、折射率等光學(xué)接收器件的選擇與布置衍射級數(shù)的選擇一般2,3級條紋計數(shù)越大(相對測量),越靈敏,但是強(qiáng)度變?nèi)豕怆娖骷叽缫话悴灰^條紋間距條紋移動量不應(yīng)該超過器件的尺寸或者條紋間隔否則容易發(fā)生誤判第十八頁，共46頁。第四章激光準(zhǔn)直及多自由度測量第一節(jié)準(zhǔn)直測量原理1）振幅/光強(qiáng)測量法:a．菲涅耳波帶片法b.位相板法c.雙光束法干涉測量法:1．楔形板干涉法2.雙頻激光干涉法3.光柵干涉法偏振測量法第十九頁，共46頁。第二節(jié)激光準(zhǔn)直儀的組成主要組成(三部分):激光器光束準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)光電接收系統(tǒng)及處理電路部分激光器的選型及補償措施擴(kuò)束裝置的種類及特點:1）開普勒式望遠(yuǎn)鏡2）伽利略式望遠(yuǎn)鏡3）組合式倒置望遠(yuǎn)鏡光電接收器件: a.硅光電池二分型四象限器(四分型) b.PSD一維PSD二維PSD c.光電倍增管d.CCD第二十頁，共46頁。第三節(jié)大氣擾動及激光束漂移大氣如何影響準(zhǔn)直測量?克服大氣撓動的方法主要有:機(jī)械法光學(xué)法第二十一頁，共46頁。第五節(jié)激光多自由度測量技術(shù)一般根據(jù)測量的自由度的數(shù)量劃分：兩自由度測量系統(tǒng)四自由度測量系統(tǒng)五/六自由度測量系統(tǒng)測量滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點第二十二頁，共46頁。第五章激光視覺三維測量技術(shù)視覺檢測(VisionInspection)技術(shù):在計算機(jī)視覺理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,利用光學(xué)成像特性,應(yīng)用測量領(lǐng)域.特點:非接觸、速度快、精度適中、可實現(xiàn)在線,全場應(yīng)用:工業(yè)產(chǎn)品的在線檢測。分類:主動視覺檢測(ActiveVision)\被動視覺檢測(passiveVision)激光視覺檢測技術(shù):利用激光做光源來獲取結(jié)構(gòu)光的主動視覺檢測第二十三頁，共46頁。第一節(jié)激光三角法測量原理激光三角法的結(jié)構(gòu):1.直射式2.斜射式各自特點:項目直射式斜射式測量公式接收的光散射光反射光或者散射光,信號好測量位置同一點不同點(可能有誤差)分辨率低較高精度/測量范圍/體積低大小高小大第二十四頁，共46頁。第二節(jié)激光視覺測量的基本原理激光視覺檢測技術(shù):利用激光做光源來獲取結(jié)構(gòu)光的主動視覺檢測激光視覺傳感器:由結(jié)構(gòu)光和CCD攝像機(jī)組成的測量裝置.結(jié)構(gòu)光的類型:點線多線視覺傳感器的核心：其數(shù)學(xué)模型理想攝像機(jī)模型實際攝像機(jī)模型存在的畸變及種類為什么CCD取中心附近進(jìn)行測量？第二十五頁，共46頁。第六章激光的其他測量技術(shù)第一節(jié)激光多普勒(Doppler)測速技術(shù)一、多普勒測速原理二、激光多普勒測速儀的組成激光器、光學(xué)系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)特點三、多普勒全場測速技術(shù)DGVDGV原理鑒頻器注意事項:等光程,CCD參數(shù)一致,恒溫第二十六頁，共46頁。第二節(jié)激光掃描測徑技術(shù)

原理,特點影響其分辨率的主要因素是什么?一、轉(zhuǎn)鏡掃描測徑A=d/δ=dV/4

πnf’所以:d=4

πnf’A/V從公式上看:V越大,分辨率越高,f’越小分辨率越高二、音叉掃描測徑三、掃描鏡電流計測徑四、位相調(diào)制掃描測量技術(shù)第二十七頁，共46頁。第三節(jié)激光測距技術(shù)一、激光相位測距原理二、脈沖激光測距L=ct/2L=cN/2f所以脈沖激光測距的分辨率:PL=c/2f第二十八頁，共46頁。第二十九頁