2010光电相位探测器--陈适.doc

光电技术综合设计I --光电相位探测传感器设计 班级：光通信072 姓名：陈适 学号：2007031066 日期：2010年12月20日 设计目的 本设计目的在了解其基本工作原理基础上，完成光电相位探测传观器系统的简易或原理性设计，实现该系统结构简单、使用方便、抗干扰能力强、实时性好、并且能够获得光波波前相位信息等特点。受设计时间限制，本课程设计主要是对前端的激光器和光电探测器。光电相位探测传感器主要由光学匹配系统、为透镜阵列、光电探测器、图像采集卡、数据处理计算机和光波相位模式复原软件等构成。本课程设计研究对象主要为前端激光器和光电探测模块。 光电相位探测传感器的构成 光学匹配系统 微透镜阵列 光电探测器 图像采集卡 数据处理计算机 光波相位模式复位软件等。 设计原理 将入射光束的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸。 微阵列透镜将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像。 光电探测器用于接收光电信号，目前多用CCD探测器。 微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜。 计算得到波前相位分布。 光波相位模式复原软件。 四、前端激光器 1、前端激光器的构成 （1）、泵浦系统 泵浦原是指向工作物质共给能量的能源，依靠它把工作物质中的原子，分子丛基态激发到高能态，并形成粒子束反转 在激光器中，外部能量通常会以光或电流的形式输入到产生激光的媒质之中，把处于基态的电子，激励到较高的能级高能态（人们用“泵浦”一词形容这一过程(如同把水从低处抽往高处))，物理学家将这种状态称为激发态(excited state)。 为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放点的个办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为点激励。也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地泵浦，以维持处于上能级的粒子数比下能级多。 常用的泵浦方式有 a．电子注入：用电学方法将电子或空穴从作用区的两侧注入到作用区中，以在作用区形成粒子束反转。二极管激光器采用的就是这种方法，这种泵浦法的优点是：结构简单，容易调治，效率高等。 b．光学泵浦：这是利用光源的光辐射把工作物质中的原子泵浦到高能态。固体激光器，光线激光器，染料激光器，有机激光器等都采用这种方法。对泵浦光源的基本要求是，发射波长与工作物质吸收波长匹配。满足这个条件，泵浦光源的大部分光能就会真正用于泵浦，获得比较高的泵浦效率；此外，近年来，用半导体二级激光管作泵浦光源，具有体积小，使用寿命长，发光效率高等优点。 c．气体放电泵浦：利用气体放电，加热气体，使他们电离，或者让电子，离子与工作物质中的原子发生非弹性碰撞，把他们激发到高能态，李子激光器，原子或分子气体激光器，金属蒸气激光等采用这个方法。 d．粒子束泵浦：向工作物质注入高能电子或离子，让他们与工作物质的原子或分子作非弹性碰撞，把后者激发到高能态。高压气体激光器等采用这种方法。 e．化学泵浦：利用工作物质本身化学反应式所产生的能量，把原子，分子激发到高能态，化学泵浦可分为直接泵浦，能量转移泵浦和光分解泵浦三种方式直接泵浦是由工作物质发生的化学反应形成激发态原子；能量转移泵浦是利用某些化学反应产生的激发态原子与工作物质的原子作非弹性碰撞，通过能量交换把后者激发到高能态；光分解泵浦是利用光辐射照射工作物质，使其发生光分解反应，并在反应过程中形成激发态原子。 激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体和半导体，在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。 （3）、谐振腔 有了合适的工作物质和激励源后，就可以实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是用光学谐振腔进行放大，所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装饰两块反射率很高的镜，一块几乎全反射，一块光大部分反射，少量透射出去，以使激光可以透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光，可以继续诱发新的受激辐射、因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输出。 以HE-NE激光器结构举例： ①示意图 ②谐振腔构成与分类 光学谐振腔可分为：闭腔、开腔、气体波导腔，其中根据光束几何逸出损耗的高低，开腔又分为稳定腔、非稳腔、临界腔。 ③腔的稳定条件 两块具有公共轴线的球面镜构成的谐振腔称为共轴球面腔。。利用变化矩阵算法，得： （1）稳定腔条件： 代入 , 可得： ,引入所谓的g函数，将式子改写成：，其中： ,上式称为共轴球面腔的稳定性条件，式中当凹面镜向着腔内时，R取正值。当凸面镜向着腔内时，R取负值。 （2）非稳定腔条件：，即 临界腔条件：，即 2、激