用激光外差法探测固体表面超声位移

0第9卷第6期n101053x.1995.笼02景科技大学学报 Vol.17 No.6 1995年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1995 用激光外差法探测固体表面超声位移* 白世武 李红卫 龚育良 北京科技大学物理系北京100083 摘要论述了应用激光外差和锁相环解调原理探测固体表面超声位移的原理、方法，并利用激光 外差干涉仪对固体表面的超声位移进行了探测，得到了很好的结果。 关键词超声测量，激光外差，干涉仪 中图分类号TB551,TH744.3 Detecting Ultrasonic Displacement on Solid Surface by Laser Heterodyne Method Bai Shiwu Li Hongwei Gong Yuliang Department of Physics,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The principle and way of dectecing ultrasonic displacement of solid surfaces with laser heterodyne and phase-lockedloop to demodulate are described.Ultrasonic displacement of solid surfaces is detected with a laser heterodyne interferometer and a satisfactory conclusion is got. KEY WORDS ultrasonic measurement,laser heterodyne,interferometer 测量材料表面超声位移的非接触方法有电容法、迈克耳逊干涉法和外差干涉法，电容换 能器不但具有非接触和频带宽的优点，而且还能对固体表面的位移进行定量分析，但它与金 属面间的间隔非常小，只有几个m,而且固体表面还要抛光到0.22m.在迈克耳逊干涉 法中，检测信号的灵敏度依赖于两干涉光束间的平均相差，即迈克耳逊干涉法存在一个工作 点的问题，外差法非接触探测固体表面超声位移的应用中，具有独特的优点，首先，它将固 体表面超声位移载到高频范围内处理，避开了低频的1噪声的千扰，有利于提高探测的信 噪比；其次，由于采用了布喇格移频技术，即使光源频率发生变化，但是差额一=△∫保 持不变，仍能进行正确探测，这样就提高了系统的稳定性，本文论述了非接触接收固体表面 超声位移的激光外差法的基本原理和实际装置，测量了固体表面超声位移，并进行讨论. 1激光外差探测原理 该节简要论述外差法原理和解调原理. 1994-09-08收稿第一作者男35岁硕士 ·国家自然科学基金资助项目

第 17 卷 第 6 期 北 京 科 技 大 学 学 报 l姚 年 一2月 Jo m a l o f U 正ev rs iyt o f S c le n ec a n d eT c h n o lo gy eB ij in g V d . 1 7 N 0 . 6 】) 沈 。 l侧巧 用 激光外差 法探测 固体表面超声位移 ’ 白世武 李红 卫 龚育 良 北京科技 大学 物 理系 北 京 1侧洲粥 3 摘要 论述 了应 用激光外差和 锁相环解调 原理探测 固 体表 面超声位移 的 原理 、 方法 , 并利用 激光 外差干 涉仪对固 体表 面 的超声位移进行了探测 , 得到 了很好的结果 . 关键词 超声测量 , 激光外差 , 干涉仪 中图分类号 珊5 51 , T H 7 4 3 块teC t ign U l tar s o 垃e D is P l a ce me nt o n S o lid S ur af ce by L a s e r eH te or d y n e M et ho d aB i hS iwu L I H 口n 尹改 G o n g uY li a n 夕 众p art “ r n t o f P h 声ics , US T B , B吻i n g l( M刀8 3 , P R C A B S T R A C T hT e P ir ll c iP l e a n d 湘y o f d 。 改eC i n g ul t asr o 苗e d is Pl a cemn t o f s o il d s u 血璐 , , i ht 1王记r h e t e or d y n e a n d P h as e 一 lo ck ed l o o P ot d e r lo d u l a et a er d es icr b 以1 . U t asr o in e d is P la c e H le n t of so ild s u ir 认渭 15 d e teC t ed 初ht a las er h e t e 代 J d yn e in te ir 泛or m e t e r a dn a sa ist fa otC yr co n d us io n 15 go t K E Y W O R I万 ul t n is o 拍e ~ u er r le n t , l as e r he et or d y n e , i n et fer or H记 t e r 测量材料 表面超 声位移 的非 接触方 法有 电容 法 、 迈 克耳逊 干涉 法和外 差干涉法 . 电容 换 能器 不但具 有非接 触和频 带宽 的优点 , 而且 还能 对固体 表面 的位移 进行定量 分析 , 但它 与金 属 面间的 间隔非 常小 , 只有几个 娜 , 而且 固体 表 面 还 要抛 光到 .0 2 娜 . 在 迈 克耳 逊 干 涉 法 中 , 检 测信号 的灵敏度 依赖 于两干涉 光束 间 的平 均相 差 , 即 迈克耳 逊干涉法存在 一个工作 点 的问题 . 外差 法非接 触探测 固体表 面超声 位移 的应用 中 , 具 有独特 的优点 , 首先 , 它将 固 体表 面超 声位移 载到高 频范 围内处理 , 避 开了 低频 的 l 灯噪声 的干扰 , 有 利 于 提 高探 测 的信 噪 比 ; 其 次 , 由于采 用 了布 喇格移频 技术 , 即使光 源 频率 发 生 变 化 , 但是 差 额 五一 关= △了保 持 不 变 , 仍能进 行正 确探测 , 这样就提 高 了 系统 的稳定性 . 本 文论述 了非 接触接收 固 体表面 超 声位 移 的激光 外差 法的基本 原理 和实际 装置 , 测 量 了固体表 面 超声位移 , 并进行讨 论 . 1 激光外 差探 测原理 该节 简要 论述 外差 法原理 和解调 原理 . 1(珍4一 田 一 08 收 稿 第一 作者 男 35 岁 硕 士 . 国 家 自然科 学基金资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 06. 020

Vol.17 No.6 用澈光外差法探测固体表面超声位移 .591. 11外差法原理Ⅲ 激光外差干涉技术就是在一般干涉仪的参考光路中，引入具有一定频率的载波，被测信号 通过这一载波来传递，并被光电探测器接收，外差法原理如图1所示，考虑偏振方向相同， 传播方向平行且重合的两束光波垂直入射到光探测器上.设信号光的频率为（参考光的 频率为+有，且认为光探测器整个面上量子效率是均匀的，所以根据电磁场理论，参考光 和信号光的电场矢量分别为： E.()=E,cos[2π(f+石)t+Dl (1) E,(t)=E,cos(2πft+Φ) LLLLLLLLEM 移顿装置 样品 激光器 m M, 超声波 探测器 图1实验原理图 当用光波频率为和6+石的两束光分别照射测试表面和参考表面时，考虑到两 束光的偏振态相同，干涉场中接收到瞬时光强为： (x、y、z)={E,cos(2π6t+o)+E,cos[2π(6+石)t+ΦJ}2 =E/2+E/2+(E,/2)cos2(2π6t+①s+(E./2)cos[4π(6+)+2④，l +E,E,Cos[2π(26+)t+④su+Φl+E,E,cos[2πit+中o+①ol 由于光电探测器无法响应光频变化，因此，上式中光频项在探测器上的啊应为 零，则探测器的输出为： i(x、y、2)=glE/2+E/2+E,E,cos(2π6t+Φ】 (2) 其中g为比例系数.上式是探测表面静止时的光电流表达式，若探测表面的超声 位移为δ()，则光电流表达式为： i(x、y、z)=gE/2+E/2+E,E,cos(2π6t+(4π/)δ(t)+Φ】 (3) 由上式知，光电探测器的输出电流是一个相位调制信号，经过解调后即可得到所需探测 的超声位移0). 12解调原理4 将从光电探测器输出的电流信号，转换为电压信号，送入低噪声前置放大器，将信号放 大到满足锁相环的解调要求，为方便起见，设锁相环路的输入交流部分为： U()=Ucos[,t+4π/iδ(t)+Φ]=U,cos[wat+Uacos(Qt+0,)+ΦJ (4) 其中输人相位即为：

Vb l . 17 N 6 . 6 用激光外差法探测 固 体表面超声位移 L l 外差 法原 理 1 激光外 差干 涉技 术就是在一般 干涉仪 的参考 光路 中 , 引人具有 一定 频率 的载波 , 被 测信号 通过 这一 载波来传递 , 并被光 电探 测器 接 收 . 外 差 法 原理 如 图 1 所 示 , 考 虑偏 振 方 向相 同 , 传播方 向平行且 重合 的两束光波垂直 人 射 到 光 探 测 器 上 . 设 信 号 光 的 频 率 为 苏 参 考 光 的 频率 为石+ 玉 , 且认为光 探测器整个 面 上量 子效 率 是 均 匀 的 , 所 以 根 据 电 磁 场理 论 , 参考 光 和信号光 的 电场矢量分别 为: rE ()t = E r田s [ 2 兀以+ 无) t + 中 r o l E s ( t ) = E s co s ( 2 二石t + 中 、。 ) ( l ) 图 1 实验原理图 当用 光 波 频 率 为 美和 无+ 无 的两 束 光 分 别 照射 测 试 表 面 和 参 考 表 面 时 , 考 虑 到 两 束 光 的偏 振 态相 同 , 干涉 场 中接 收到 瞬 时光 强 为 : I( x 、 夕 、 z ) = { sE co s (2 二 羌r + 中 s 。 ) + E r co s [ 2 二 (无+ 无) t + 中 r 。 ]} 2 = E : /2 + E子/ 2 + ( E s / 2 ) co s Z( 2 二 芜t + 中s 。 ) + ( E r / 2 ) co s 【4 二 (无+ 无) + ZO r o l + E s E r co s 【2 二 ( 2无+ 无) t + 中 5 0 + 中 r o l + E s E 「 co s 【2 二 无t + 中 f。 + 中 s 。」 由于 光 电 探 测 器 无 法 响 应 光 频 变 化 , 因 此 , 上 式 中光 频 项 在 探 测 器 上 的 啊 应 为 零 , 则 探 测器 的输 出 为 : i ( x 、 夕 、 z ) = g 【E 了/ 2 + E {/ 2 + E r E s co s ( 2 二 无r + 中。 )」 ( 2 ) 其 中 g 为 比 例 系数 . 上 式 是探 测 表 面 静 止 时 的光 电 流 表 达 式 , 若 探 测 表 面 的 超 声 位 移 为 武)t , 则 光 电流表 达 式 为 : i ( x 、 y 、 z ) = g [ E 参/ 2 + E : / 2 + E r E : co s ( 2 二 无t + ( 4 二 /又) 占( t ) + 中。 ) ] ( 3 ) 由上式知 , 光 电探 测器 的输 出电流是一 个相位调 制信 号 , 经 过解 调后 即 可得 到所需探 测 的超声位移 风.)t L Z 解调原 理 阴 将从 光 电探测 器输出的 电流信 号 , 转换 为 电压信 号 , 送 人低 噪 声 前 置 放大 器 , 将 信 号 放 大到满足 锁相环 的解调要 求 , 为方便 起见 , 设 锁相 环路的输 人交 流部分 为: 以()t = 酥co s [叭t + 4 二 /又占( t ) + 中。」= U l co s 【。 B t + U Q i co s ( o t + 8 . ) + 中。」 ( 4 ) 其 中输 入相 位 即 为 :

·592· 北京科技大学学报 1995年No.6 0,()=U。cos2t+0) (5) 这是一个频率为2的余弦输入相位，此输人相位的幅度是U,初相是6. 由于锁相环路已近似为线性系统，在余弦输人相位作用下，输出相位一定是同频的余弦相 位.因此，它可以表示为： 0()=Uaecos(2t+6) (6) 式中Ua是输出相位的幅度，它与输人相位幅度Ua之间的关系取决于闭环频率响 应H(2)的模，即： Un=Uo:H(jQ) (7) 式(6)中的0是输出相位的初相，它等于输人相位的初相再加上闭环频率响应的相位，即： (t)=6,+argH02)两 (⑧) 如果设计较好的调制跟踪锁相环传递函数的频响H(2)=1,相移rgH(2)=0,则： 8,(t)=0(t)=(4n/元)δ，(t)+Φ。 (9) 根据压控振荡器的控制特性： U(t)=(1/K)(d0:/dt) (10) 以及积分器的特性： U(t)=(1/RC)V.(tdt=(1/K1/RC)4π/a)δ，(t) (1I) 即为调相信号的解调输出，其中K为压控振荡器的增益系数，RC为积分器的积分 时间常数，元为激光光源的波长(632.8u).从上式可知，从积分器输出信号幅度U(t)与超 声位移δt)成正比. 2实验装置调试与实验结果2~！ 2.1光外差信号的调试 激光外差干涉仪探测灵敏度的高低，关键是光学部分外差信号的调整.影响外差信号的因 素很多，如空间准直性，周围环境（温度、湿度、振动），反射镜的反射率等，所以在光外差信号 的调试过程中，除合理的光路布置外，要尽可能地减少其他不利因素的影响，特别是对空间准 直性的调试极为重要理论和实验表明，只有空间准直性调得较好，才能提高外差信号的信噪 比，在此基础上，才能对被测信号进行有效的探测. 外差干涉实验装置如图2所示，He-e激光器、布喇格器件、全反射镜、分光镜和光 电探测器都固定在具有三维可调的光机座上.调整He一Ne激光器使光束通过布喇格器件， 然后打开超高频功率信号发生器，反复调节H一Ne激光器和布喇格器件的三维位置，使从 布喇格器件出来的一级衍射斑和零级斑相对来说较圆、较亮·没有发生偏转的光是零级光、 而发生偏转的光是一级衍射光，频移为36MHz.实验表明，在频移36MHz的情况下，外差 信号的信噪比相对是较好的.分别调节M、M、M:和M2.M使两束光同时入射到M,这一 步要反复调试两束光的有关反射镜，使两束光在M。上得到较好的重合，最后调试M使两 束光得到完全重合以满足两束相干光空间准直性要求·调节光电探测器使干涉光束射入光电 探测器，这时在示波器上观察出如图3的外差信号·

· 592 . 北 京 科 技 大 学 学 报 l卯 5年 N 6 . 6 0 1 ( t ) = 呱 co s归 t+ 8 , ) ( 5) 这是 一个频 率为 Q 的余 弦输 人相位 , 此 输人相 位 的幅度是 呱 , 初相是 i.0 由于 锁 相环 路 已近 似为 线性系 统 , 在余 弦输人相 位作用 下 , 输 出相 位 一定是同频 的余 弦相 位 . 因此 , 它可 以 表示 为 : 8 2 ()t = U o e co s ( o t + o c ) (6 ) 式 中 U* 是 输 出 相 位 的 幅 度 , 它 与 输 人 相 位 幅 度 U io 之 间 的 关 系 取 决 于 闭 环 频率 响 应 H 脾)的模 , 即 : 。 。 。 一 。 。 . … 。 。。 ) 1 ! , , ( 7 ) 式 ( 6) 中 的 口 c是输出相位的初相 , 它等于输人相位的初相再加上 闭环频 率 响应的相 位 , 即: 0c( )t = 口 . + a 电H C。 ) I叼 (8 ) 如 果设计 较好 的调 制跟踪 锁相 环传递 函 数 的频 响 H脾) = 1 , 口 2 ( t ) = 8 : ( t ) = (4 二 /元) j s ( t ) + 中 。 根 据 压 控 振 荡 器 的 控制 特性 : U c ( t ) = ( l / K 。 )(d 口 2 /d t ) 以 及 积 分 器 的 特 性 : 相 移a gr …H脾) 卜。 , 则 : 了、.、尹. 州p0- 注一n, l U ( r ) 一 ( ` / “ C ) { : ( 艺`d 亡一 ( ` /K 。 )( ` / “ c , (` · 几/ ,` S ` ! , 即 为调 相 信 号 的 解 调 输 出 . 其 中 K 。为 压 控 振 荡 器 的 增 益 系 数 , 尺C 为 积分 器 的积 分 时 间 常 数 , 又为激 光 光 源 的波 长 ( 6 3 2 . 8拜m ) . 从 上 式 可 知 , 从 积 分 器输 出信号 幅度 (U )t 与 超 声 位 移 创O成 正 比 . 实 验 装置 调 试与 实验 结 果 12 一 4 1 光 外 差信 号 的调 试 激 光外 差干涉 仪探测 灵敏度 的高低 , 关键 是光学部 分外差 信号 的调整 . 影响外差 信号 的因 素很多 , 如 空 间准直性 , 周 围环境 ( 温度 、 湿度 、 振动 ) , 反 射 镜 的反 射 率 等 , 所 以 在光 外 差信 号 的调试 过程 中 , 除合理 的光路 布置外 , 要尽可 能地减少 其他不 利 因素的影 响 , 特 别是 对 空 间准 直性 的调 试极 为重要 . 理 论和 实验表 明 , 只 有 空 间准直 性调得 较好 , 才能提 高外 差信 号 的信 噪 比 , 在此 基础 上 , 才能 对被测信 号进行 有效 的探测 . 外 差 干涉 实验 装置如 图 2 所示 , H e 一 Ne 激光器 、 布 喇格 器 件 、 全反 射 镜 、 分 光 镜 和 光 电探测 器 都 固定 在具 有三 维可 调 的光机 座上 . 调 整 H e 一 Ne 激 光器使光 束通过 布 喇格 器 件 , 然后 打开超 高频 功率 信 一 号发生器 , 反复 调节 eH 一 Ne 激 光器和 布喇格器 件的三 维 位 置 , 使 从 布喇格 器件 出来的一 级衍射斑 和零 级斑 相对来说 较 圆 、 较亮 . 没有发生偏 转 的光是零 级光 , 而发 生偏 转的光 是一级 衍射 光 , 频移 为 36 M H z . 实验表 明 , 在 频移 36 M H z 的情 况下 , 外差 信号 的信 噪 比相 对是 较好 的 . 分别 调节 M l 、 M 3 、 M : 和 M : 、 M S 使 两束光 同时 人 射到 M 。, 这 一 步要反 复调 试两束 光 的有关反 射镜 , 使 两束光 在 M 6 上得 到 较 好 的 重 合 , 最 后 调 试 M 6 使 两 束光得 到完 全重合 以满 足两束 相 干光空 间准直性 要求 . 调节 光 电探 测器使 干涉 光束射 人光 电 探测器 , 这 时在示 波 器上观 察 出如图 3 的 外 差信号

· 592 . 北 京 科 技 大 学 学 报 l卯 5年 N 6 . 6 0 1 ( t ) = 呱 co s归 t+ 8 , ) ( 5) 这是 一个频 率为 Q 的余 弦输 人相位 , 此 输人相 位 的幅度是 呱 , 初相是 i.0 由于 锁 相环 路 已近 似为 线性系 统 , 在余 弦输人相 位作用 下 , 输 出相 位 一定是同频 的余 弦相 位 . 因此 , 它可 以 表示 为 : 8 2 ()t = U o e co s ( o t + o c ) (6 ) 式 中 U* 是 输 出 相 位 的 幅 度 , 它 与 输 人 相 位 幅 度 U io 之 间 的 关 系 取 决 于 闭 环 频率 响 应 H 脾)的模 , 即 : 。 。 。 一 。 。 . … 。 。。 ) 1 ! , , ( 7 ) 式 ( 6) 中 的 口 c是输出相位的初相 , 它等于输人相位的初相再加上 闭环频 率 响应的相 位 , 即: 0c( )t = 口 . + a 电H C。 ) I叼 (8 ) 如 果设计 较好 的调 制跟踪 锁相 环传递 函 数 的频 响 H脾) = 1 , 口 2 ( t ) = 8 : ( t ) = (4 二 /元) j s ( t ) + 中 。 根 据 压 控 振 荡 器 的 控制 特性 : U c ( t ) = ( l / K 。 )(d 口 2 /d t ) 以 及 积 分 器 的 特 性 : 相 移a gr …H脾) 卜。 , 则 : 了、.、尹. 州p0- 注一n, l U ( r ) 一 ( ` / “ C ) { : ( 艺`d 亡一 ( ` /K 。 )( ` / “ c , (` · 几/ ,` S ` ! , 即 为调 相 信 号 的 解 调 输 出 . 其 中 K 。为 压 控 振 荡 器 的 增 益 系 数 , 尺C 为 积分 器 的积 分 时 间 常 数 , 又为激 光 光 源 的波 长 ( 6 3 2 . 8拜m ) . 从 上 式 可 知 , 从 积 分 器输 出信号 幅度 (U )t 与 超 声 位 移 创O成 正 比 . 实 验 装置 调 试与 实验 结 果 12 一 4 1 光 外 差信 号 的调 试 激 光外 差干涉 仪探测 灵敏度 的高低 , 关键 是光学部 分外差 信号 的调整 . 影响外差 信号 的因 素很多 , 如 空 间准直性 , 周 围环境 ( 温度 、 湿度 、 振动 ) , 反 射 镜 的反 射 率 等 , 所 以 在光 外 差信 号 的调试 过程 中 , 除合理 的光路 布置外 , 要尽可 能地减少 其他不 利 因素的影 响 , 特 别是 对 空 间准 直性 的调 试极 为重要 . 理 论和 实验表 明 , 只 有 空 间准直 性调得 较好 , 才能提 高外 差信 号 的信 噪 比 , 在此 基础 上 , 才能 对被测信 号进行 有效 的探测 . 外 差 干涉 实验 装置如 图 2 所示 , H e 一 Ne 激光器 、 布 喇格 器 件 、 全反 射 镜 、 分 光 镜 和 光 电探测 器 都 固定 在具 有三 维可 调 的光机 座上 . 调 整 H e 一 Ne 激 光器使光 束通过 布 喇格 器 件 , 然后 打开超 高频 功率 信 一 号发生器 , 反复 调节 eH 一 Ne 激 光器和 布喇格器 件的三 维 位 置 , 使 从 布喇格 器件 出来的一 级衍射斑 和零 级斑 相对来说 较 圆 、 较亮 . 没有发生偏 转 的光是零 级光 , 而发 生偏 转的光 是一级 衍射 光 , 频移 为 36 M H z . 实验表 明 , 在 频移 36 M H z 的情 况下 , 外差 信号 的信 噪 比相 对是 较好 的 . 分别 调节 M l 、 M 3 、 M : 和 M : 、 M S 使 两束光 同时 人 射到 M 。, 这 一 步要反 复调 试两束 光 的有关反 射镜 , 使 两束光 在 M 6 上得 到 较 好 的 重 合 , 最 后 调 试 M 6 使 两 束光得 到完 全重合 以满 足两束 相 干光空 间准直性 要求 . 调节 光 电探 测器使 干涉 光束射 人光 电 探测器 , 这 时在示 波 器上观 察 出如图 3 的 外 差信号

· 592 . 北 京 科 技 大 学 学 报 l 卯5 年 N 6 . 6 0 1 ( t ) = 呱co s 归t + 8 , ) ( 5) 这是 一个频 率为 Q 的余 弦输 人相位 , 此 输人相 位 的幅度是 呱 , 初相是 i.0 由于 锁 相环 路 已近 似为 线性系 统 , 在余 弦输人相 位作用 下 , 输 出相 位 一定是同频 的余 弦相 位 . 因此 , 它可 以 表示 为 : 8 2 ()t = U o e co s ( o t + o c ) (6 ) 式 中 U* 是 输 出 相 位 的 幅 度 , 它 与 输 人 相 位 幅 度 U io 之 间 的 关 系 取 决 于 闭 环 频率 响 应 H 脾)的模 , 即 : 。 。 。 一 。 。 . … 。 。。 ) 1 ! , , ( 7 ) 式 ( 6) 中 的 口 c是输出相位的初相 , 它等于输人相位的初相再加上 闭环频 率 响应的相 位 , 即: 0c( )t = 口 . + a 电H C。 ) I叼 (8 ) 如 果设计 较好 的调 制跟踪 锁相 环传递 函 数 的频 响 H脾) = 1 , 口 2 ( t ) = 8 : ( t ) = (4 二 /元) j s ( t ) + 中 。 根 据 压 控 振 荡 器 的 控制 特性 : U c ( t ) = ( l / K 。 )(d 口 2 /d t ) 以 及 积 分 器 的 特 性 : 相 移a gr …H脾) 卜。 , 则 : 了、.、尹. 州p0- 注一n, l U ( r ) 一 ( ` / “ C ) { : ( 艺`d 亡一 ( ` /K 。 )( ` / “ c , (` · 几/ ,` S ` ! , 即 为调 相 信 号 的 解 调 输 出 . 其 中 K 。为 压 控 振 荡 器 的 增 益 系 数 , 尺C 为 积分 器 的积 分 时 间 常 数 , 又为激 光 光 源 的波 长 ( 6 3 2 . 8拜m ) . 从 上 式 可 知 , 从 积 分 器输 出信号 幅度 (U )t 与 超 声 位 移 创O成 正 比 . 实 验 装置 调 试与 实验 结 果 12 一 4 1 光 外 差信 号 的调 试 激 光外 差干涉 仪探测 灵敏度 的高低 , 关键 是光学部 分外差 信号 的调整 . 影响外差 信号 的因 素很多 , 如 空 间准直性 , 周 围环境 ( 温度 、 湿度 、 振动 ) , 反 射 镜 的反 射 率 等 , 所 以 在光 外 差信 号 的调试 过程 中 , 除合理 的光路 布置外 , 要尽可 能地减少 其他不 利 因素的影 响 , 特 别是 对 空 间准 直性 的调 试极 为重要 . 理 论和 实验表 明 , 只 有 空 间准直 性调得 较好 , 才能提 高外 差信 号 的信 噪 比 , 在此 基础 上 , 才能 对被测信 号进行 有效 的探测 . 外 差 干涉 实验 装置如 图 2 所示 , H e 一 Ne 激光器 、 布 喇格 器 件 、 全反 射 镜 、 分 光 镜 和 光 电探测 器 都 固定 在具 有三 维可 调 的光机 座上 . 调 整 H e 一 Ne 激 光器使光 束通过 布 喇格 器 件 , 然后 打开超 高频 功率 信 一 号发生器 , 反复 调节 eH 一 Ne 激 光器和 布喇格器 件的三 维 位 置 , 使 从 布喇格 器件 出来的一 级衍射斑 和零 级斑 相对来说 较 圆 、 较亮 . 没有发生偏 转 的光是零 级光 , 而发 生偏 转的光 是一级 衍射 光 , 频移 为 36 M H z . 实验表 明 , 在 频移 36 M H z 的情 况下 , 外差 信号 的信 噪 比相 对是 较好 的 . 分别 调节 M l 、 M 3 、 M : 和 M : 、 M S 使 两束光 同时 人 射到 M 。, 这 一 步要反 复调 试两束 光 的有关反 射镜 , 使 两束光 在 M 6 上得 到 较 好 的 重 合 , 最 后 调 试 M 6 使 两 束光得 到完 全重合 以满 足两束 相 干光空 间准直性 要求 . 调节 光 电探 测器使 干涉 光束射 人光 电 探测器 , 这 时在示 波 器上观 察 出如图 3 的 外 差信号