D0I:10.13374/j.1ssn1001-053x.1998.05.022 第20卷第5期 北京科技大学学报 VoL.20 No.5 1998年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1998 探测激光超声用的激光外差干涉仪 龚育良张永智 梁海岩 北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要简述了用外差干涉法探测固体表面激光超声的原理和实验结果，讨论了信号光、参考光的 准直角对信噪比YN的影响和信号光在分束器上的入射角对外差信号强度的影响.理论和实验结 果表明：当选择人射角时，可以得到约2倍的外差信号强度，为提高检测信号的强度，提出并讨论 了外差干涉的共轭输出法， 关键词外差干涉；探测：激光超声 分类号TB551;TH7443 激光外差干涉是激光超声最主要的光学探测方法之一.外差干涉法将激光超声加载到高 频范围内处理，避开了低频的1f噪声的干拢.外差干涉仪结构简单，调试容易，但由于它只有 在接收一个光斑时才有最佳的探测效果，因此这种方法通常只适用于实验室条件下光滑表面 超声的探测.自1984年J.P.Monchalin用激光外差干涉法进行连续超声接收实验以来，人们 采取了很多改进措施来提高干涉仪输出信号强度，以扩大它的应用范围，并取得了一定成效 但由于始终沿用45°人射和单面外差干涉输出，光信号能量的利用率不超过1/4.我们的研究 表明，选择适当的入射角，采用共轭外差干涉输出和信号光、参考光的严格准直，可使光能利 用率和输出信号提高约4倍. 1外差干涉探测激光超声的原理 图1是外差干涉探测固体表面微光超声位移的实验图，激光超声激励源是1台Q开关 反射镜1 YAG激光器 氦氖激光 样品 布拉格盒 反射镜2 射颊发生器 反射镜3 光分速器2 +f) )反射镜4 示波器 光探测器 射颗放大器锁相环 积分器 滤波器 放大器 图1外差干涉仪探测激光超声的实验装置图 1997-10-05收稿 龚育良 男，60岁，教授 *国家自然科学基金资助课题第 卷 第 期 5 0 2 年 月 8 1 1 0 9 9 北 京 科 技 大 学 学 报 J O u r n a l o i f s r n U v e i 全 o i f t n n e e y c a d T e e h o n l o B g y e i j i n g l o V . N 0 2 o . 5 《 k 8 1 9 9 L 探测激光超声用 的激光外差 干 涉仪 龚育 良 张 永智 梁海岩 北京科技大 学应用 科学学院 . 北京 10 0 0 8 3 摘要 简述 了用 外差干涉法探测 固体表面 激光超声的原理 和 实验 结果 , 讨论 了信号光 、 参考光的 准直角对信噪 比 夕 N 的影 响和 信号 光在分束器 上 的人射角对外差 信号强 度的 影 响 . 理论和 实验结 果表 明 : 当选择人射 角时 , 可 以得 到 约2 倍 的外差 信号强度 . 为提高检测信号 的强 度 , 提 出并讨论 了外差干涉的 共扼输 出法 . 关键词 外差干涉 ; 探测 ; 激光超声 分类号 T B 5 5 1 ; T H 7 4 4 3 激 光外 差 干 涉是 激光 超声 最 主要 的光学 探 测方 法之 一外 差 干涉法将激 光超声 加 载到 高 频 范 围 内处理 , 避 开 了低频 的 1f/ 噪声 的干拢 . 外差 干 涉仪 结构 简单 , 调试容 易 , 但 由于 它只有 在 接收 一个 光斑 时才 有最 佳 的探测 效果 , 因此这种 方法 通 常只 适用 于 实验 室条件 下光 滑表 面 超 声 的探 测 . 自 19 8 4 年 J . P . M o cn h ial n 用 激 光外 差 干涉 法 进 行连 续超 声 接 收 实验 以 来 , 人 们 采 取 了 很 多改 进 措施来 提 高 干涉 仪输 出信 号强 度 , 以 扩 大它 的应 用范 围 , 并 取得 了一定成 效 . 但 由于 始终 沿用 45 “ 人射 和单 面外 差 干涉输 出 , 光 信 号能量 的利 用率 不超 过 14/ . 我们 的研 究 表 明 , 选 择适 当的人 射 角 , 采 用 共 扼外 差 干涉 输 出和信 号 光 、 参考 光 的严格 准直 , 可使 光能 利 用 率和 输 出信号 提 高 约4 倍 . 1 外 差干 涉探 测激 光超声的原理 图 1 是 外 差 干涉 探 测 固 体表 面激 光 超 声 位 移 的 实 验 图 . 激 光 超声 激 励 源是 l 台 Q 开 关 广、 反射镜 1 A G 激光 氦氖激光 样 品 反射镜 2 布拉格 反射镜 3 射频发生 器 光分速器 介认从) 反射镜 4 示波器 光探测器 射频放大器 图1 外差 干涉仪探测激光超声的实验装置图 19 9 7 一 10 一 0 5 收稿 龚育 良 男 , 60 岁 , 教授 * 国 家 自然科学基金 资助课题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 05. 022