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以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

激光检测技术研究现状与发展趋势

提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光

的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干

涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个

个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）

的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。

自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、

相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测

量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技

术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉

仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以

说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发

展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后

的发展方向。

1.测量原理

1.1激光测距原理

先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各

方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像

到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光

学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发

出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。

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1.2激光测位移原理

激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体

反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同

的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据

这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算

出传感器和被测物体之间的距离。

2.激光测量系统的应用

激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和

能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对

激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出

现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆

瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间

也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、

可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的

研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度

也提出了非常高的要求。

2.1激光非球面检测技术

长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，

尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、

激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有

一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控

的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与

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样品表面原子问的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置。根据扫描

样品时探针偏离量或其它反馈量重建三维图像，就能间接获得样品表

面的形貌图。AFM突破了扫描隧道显微镜(STM)只能够用于扫描不容

易氧化的良导体样品的限制，可以扫描导体和绝缘体。AFM具有多种

扫描模式：接触扫描模式是原子力显微镜的基本工作模式；轻敲扫描

模式(TappingMode)特别适用于检测生物样品及其它柔软、易碎、

粘附性较强