[发明专利]一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构

说明书

本发明公开了一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，激光器发出光，经分束器分光分别进入AOM和参考透镜组，信号光经AOM产生40MHz移频信号后再经过直角转折棱镜和转折棱镜后到发射透镜组，由发射透镜组发射到检测物体上，检测物体返还光再经过透镜组到接收透镜，之后经过滤光片除去杂散光后进入分光棱镜，与经过参考透镜的参考光在其输出端形成干涉信号，对干涉信号利用接收透镜进行处理后进入探测器，把干涉光信号转换为电信号输出；通过对系统光学结构进行设计，在满足接收与发射同轴的前提下，利用了发射与接收分体光路，从而消除了传统收发一体光学天线带来的因光学天线镜面反射所来到的同频噪声干扰，可以极大地提高系统的信噪比。

技术领域

本发明涉及一种光学结构装置，尤其涉及一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构。

背景技术

振动检测技术目前应用越来越广泛，而且要求越来越高，而在非接触振动测量方面发展尤其迅速，而激光外差干涉多普勒是其中精度和灵敏度多极高的非接触振动检测手段，然而，在激光外差干涉多普勒振动测量中，系统噪声极大的影响了系统工作距离和精度，如在外差干涉系统中通常采用Pawel R等在laser doppler vibrometry withacoustooptic frequency shift报道中的外差结构，如图1所示，其所得的外差信号为：

其中I为该点光强，a₁和b₁分别为信号光和参考光的振幅，I0和I1分别为信号光和参考光光强，△f为参考光与信号光的频率差，t为时间，为振动引起的相位差。

同时，ZL201280019979.6也采用了图1所示的光学结构，在该光学结构中，利用的是收发一体天线，这种结构的好处是同轴性好，但其缺点也非常好明显，就是发射出去的信号光在经过透镜时会有一部分镜面反射光进入干涉系统，成为I₀的一部分，从而产生噪声，降低了系统的信噪比。现有的激光干涉多普勒振动测量(如polytec和美国光动力公司的产品)均采用图1所示的收发一体光学天线。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种激光外差多普勒振动测量新的结构，通过该结构消除信号光在发射镜面返回的光，从而提高系统信噪比。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构，该结构的激光器输出端连接分束器2的输入端。分束器2与激光器1的输出相连，其一输出端与AOM3的光学输出端连接，另一输出端与参考透镜组4连接，AOM3输出端连接到发射透镜组5的输入端，发射透镜组5的输出端与转折棱镜6输入相连，转折棱镜6输出与转折棱镜7输入相连接，转折棱镜7与发射透镜组8连接，信号光通过发射透镜组照射到物体上，从物体上返回来的激光通过发射棱镜组8进入光学系统，发射棱镜组8输出与接收透镜9的输入连接，接收透镜9的输出与滤光片10的输入连接，滤光片10的输出与分光棱镜11的一个输出端连接，分光棱镜11的另外一端与参考透镜组4的输出端连接，分光棱镜11的输出端与接收透镜12输入连接，接收透镜12的输出端与探测器13的输入连接。

在系统工作时，激光器发出光，经分束器2分光分别进入AOM3和参考透镜组4，信号光经AOM3产生40MHz移频信号后再经过直角转折棱镜6和转折棱镜7后到发射透镜组8，由发射透镜组8发射到检测物体上，检测物体返还光再经过透镜组8到接收透镜9，之后经过滤光片除去杂散光后进入分光棱镜11，与经过参考透镜组4的参考光在其输出端形成干涉信号，对干涉信号利用接收透镜12进行处理后进入探测器13，把干涉光信号转换为电信号输出。

进一步地，所述激光器为窄线宽保偏及稳频激光器，线宽小于1KHz，波长为1550nm。

进一步地，分束器2分光比为10：1，进入AOM3的光功率大于进入参考光透镜组4的光功率。