VoL27 No.3 丁红胜等：激光超声检测共焦球面法布里-珀罗干涉仪 *341· 银，作为导电极.加载一个直流电压后，圆简就能 置和远离共焦位置的干涉环图形，在激光超声检 沿轴向伸长 测时，首先将干涉仪粗调在近共焦位置，然后利 用单片机将干涉控制在共焦状态， 3干涉仪的共焦调节 HeNe激光器出射的光线经准直后进入干 4结论 涉仪，在干涉仪后方的观测屏上可以观察到明暗 成功制备了一台用于激光超声检测用的共 相间的干涉环，激光器输出稳定之后，屏上的干 焦球面法布里-珀罗干涉仪，该千涉仪的频谱半 涉环长时间不会出现明显的变化，但是当旋转调 宽度为6.64MHz,自由光谱范围为255.3MHz,精 整环改变腔长时，干涉环会发生显著变化.从腔 细度为38.4，光谱分辨率为7.24×10.通过单片机 长最短开始，转动调节环，使腔长逐渐增加，直到 可将干涉仪控制在其共焦位置并实现对工作点 最大，干涉环的间距有较明显的改变，其规律是： 的控制，利用该干涉仪成功实现了激光超声的非 在小于共焦点时，干涉环间距小，数量多：随着腔 接触测量. 长的逐渐增大，干涉环的间距越来越大，在视场 参考文献 内的干涉环数目也越来越少；当腔长调节到某一 长度时，在整个视场只剩下一个干涉环，即中心 [1]Scruby C B.Some application of laser ultrasound.UItrasonies, 1989,27(7:195 亮斑，继续增大腔长，干涉环间距会逐步缩小，干 [2]Royer D.Dieuleait E.Optical probing of the mechanical impulse 涉环的数量将逐渐增多.图5给出了在近共焦位 response of a transducer.Appl Phys Lett,1986,49(17):1056 [3]Monchalin J P.Heterodyne interferometric laser probe to mea- sure continuous ultrasonic displacement.Rev Sel,1985,56(4): 543 [4]Cand A,Monchalin J P.Dtection of in-plane and out-of-plane ultrasonic displacements by a two-channel confocal fabry-perot interferometer.Appl Phys Lett,1994,64(4):414 [5]Hercher M.The spherical mirror fabry-perot interferometer Appl0pt,1968,17(5):951 [)]韩乃骞，吴德明，谢麟振.高性能法布里-珀罗腔的研究 光学学报，1997,17(12：1735 图5近共焦位置()和远离共焦位量b)的千涉环图形 [刀丁红胜，童莉葛，尹红，等.共焦球面法布里-珀罗干涉仪 Fig.5 Interference fringe of CFFPI:(a)near the confocal distance; 灵敏度和稳定性研究.北京科技大学学报，2001,23(5)：445 (b)far from the confocal distance Design and fabrication of confocal fabry-perot interferometers used in laser-ultra- sonic detection DING Hongsheng",TONG Lige,BAI Shiwu 1)Department of Physics,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Pipeline Research Institute of China National Petroleum Corporation,China ABSTRACT The main optical parameters of Confocal Fabry-Perot Interferometers(CFPD),including free spectral range,minimum resolvable frequency difference (instrumental bandpass),finesse,spectral resolving power,were discussed.According to the requirement and feature of laser-ultrasonic detection,a CFPI used in laboratory was de- signed and fabricated.The CFPI's cavity length and operation point were controlled by a micro-single computer. Laser-ultrasonic non-contact detection is carried out successfully with the CFBI. KEY WORDS confocal Fabry-Perot interferometer;optical parameter;laser ultrasonic detectionL N b V 2 7 o 丁红胜 等 3 : 激光 超声检 测 共焦球 面 法布 里一拍 罗干 涉仪 一 3 1 4 银 , 作为导 电极 . 加 载一 个直 流 电压后 , 圆筒就 能 沿轴 向伸 长 . 3 干 涉 仪 的共 焦 调 节 H e拭N e 激 光 器 出射 的光 线经 准 直 后 进 入 干 涉 仪 , 在干 涉仪 后 方的观 测 屏上 可 以观察 到 明暗 相 间 的干涉 环 , 激 光器 输 出稳 定 之后 , 屏上 的干 涉环 长 时间 不会 出现 明显 的变 化 , 但 是 当旋 转 调 整环 改 变腔 长 时 , 干 涉 环会 发 生显 著 变化 . 从腔 长最 短开始 , 转动 调节 环 , 使腔 长逐 渐增 加 , 直到 最 大 , 干 涉环 的间距 有 较 明显 的改变 , 其规 律 是 : 在 小于 共焦 点 时 , 干 涉环 间距 小 , 数 量多 : 随着 腔 长 的逐 渐 增 大 , 干 涉环 的间距 越 来越 大 , 在 视 场 内的干涉环 数 目也越 来越 少 ; 当腔 长 调节 到某 一 长度 时 , 在整 个 视场 只 剩 下一 个 干涉环 , 即 中 心 亮斑 . 继 续增 大腔 长 , 干涉 环 间距会 逐 步缩 小 , 干 涉 环 的 数量 将逐 渐 增 多 . 图 5 给 出 了在近 共 焦位 置 和远 离共 焦位 置 的干涉 环 图形 . 在 激光 超 声检 测 时 , 首 先将 干 涉 仪粗 调 在近 共 焦位 置 , 然 后 利 用 单片 机将 千 涉 控制 在共 焦 状 态 . 圈 5 近 共焦位 , a( )和远 禺 共 焦位 工 (h) 的 十断坏 圈 游 Fi g . 5 I n et fer 代 n e e ifr n g . o f C F F P】: ( a ) n e a r tb e e o n fo ca l d i s at n e e ; ( b ) af r fr o m t卜e e o . fo e a l d is at . e . 4 结论 成 功 制 备 了一 台 用 于激 光超 声检 测 用 的共 焦 球面 法 布 里一拍 罗干 涉 仪 , 该 干 涉仪 的频谱 半 宽度 为 .6 64 M H z , 自由光 谱 范 围为 2 5 5 .3 M H z , 精 细度为 38 .4 , 光 谱分辨 率 为 .7 24 xl 。 , . 通 过单 片 机 可将 干 涉 仪 控 制 在其 共 焦 位 置 并 实现 对 工 作点 的控制 . 利 用 该干 涉仪 成 功实现 了激光 超 声的 非 接 触 测量 . 参 考 文 献 川 S e ur by C B . So m e aP P li c a d on o f las er u ltr as o un d , U lt ar s o n ic s , 19 8 9 , 2 7 ( 7 ) : 19 5 1 2 ] R oy er D , D i e ul e iat E . o p tl e al P r o b ign o f ht e m e c h an i c al 如P u l s e re s p o n s e o f a tr a n s du c .er A 一p l p h ” L e t, 19 8 6 , 4 9( 17 ) : 10 5 6 [ 3 ] M on e hal in J .P H e t e r od y n e i n t e 到免r o m e itr e Ias er Por 加 ot m -ea s uer c o n tin u ou s u l你as o in c d i s p l a e em ent . R e v s e 礼1 95 5 , 5 6(4 ) : 54 3 [ 4 ] C an d 人 M on ch a li n J 卜 众 e c it on o f in . P lan e an d o ut · o -fP l ane u l加 aS 0 n ic d i s P I毗m e n ts by a 幻刃 o 一 c h a n n e l e o 刘or e al 仙ry 一e or t i n t e ir 免r o m e t e L 却P I P ky s eL t , 1 994 , 64 (4 ) : 4 14 5[ 1 H cer he r M . hT e s户ier c al m 沂 o r af bry · eP ort in t e rfe or lne te .r A p P I O P t , 19 6 8 , 17 ( 5) : 9 5 1 6[ ] 韩 乃 容 , 吴 德明 , 谢麟振 . 高性 能法 布里 一 拍 罗腔 的研 究 . 光 学学报 , 19 9 7 , 17 ( 12 ) : 17 3 5 7[ ] 丁红胜 , 童 莉葛 , 尹 红 , 等 . 共 焦球 面法 布里一 拍 罗干涉 仪 灵敏 度和稳 定性研 究 . 北 京科技 大学学报 , 2 0 01 , 2 3( 5) : 4 5 D e s ign an d afb ir e at i o n o f e o n of e a l afb ry 一 P e or t i n t e r fe or m e t e rs u s e d i n l a s e 卜u l atr - s o n i c d e t e e t i o n D 脚G H d 月g , h e gn l), 厂O N G L ige Z气刀月了hS iw su) l ) D e P即由 m e Dt of P hy s ic s , U n iv 仍ity o f s e ien e e 叭d eT e hn o l o gy B e ij i n g , B e ij in g 10 0 0 8 3 , C h in a 2 ) M e e h an i cal nE g川 e e irn g S e h o o l , U n ive sr iyt o f s e l e n c e 明d eT c hn o l o gy B e ij in g , B e ij i n g l 0 0 0 8 3 , C h in a 3 ) P IeP lin e R e s e acr h nI s t iut e o f C恤 a N a ti o nal P etr o l e um C o r P o art i o n , C h in a A B S T R A C T hT e m ian o Pt i c al P arm et e rs o f C o n of e al F ab ry 一 P e ort ntI e rfe r o 刃n et ers (C FP I ) , in e dlu in g fer e s P e c 位妞l anr g e , m in im u 们。 er s o l v a b l e fer q p e n e y d i月贻r e n e e (in s t ur l n e n at l b an d Pas s ) , 五n e s s e , s P e e atr l er s o vl in g P o w e r , w e r e d i s c us s e d . A e e o r d in g t o het er qu ier m e in an d fe at ur e o f las e -r u ltr as o in e d e t e e it o n , a C F P l us e d in lab or at o yr w as de - s ign e d an d afb ir e aet d . Th e C F P T s e va iyt l e n g ht an d o Pe r iat on Po int w e r e 。曲廿。 ll e d 勿 a m i e or . s i n g l e c o m Put .er L a s e -r u ltr as o n i e n o n , e o n t act d e t e ict on i s e 即r i e d o ut s讹c e s s fu l ly w it h ht e C F B I . K E Y WO R D s e o nfo e a l F a b yr 一 p er ot int er fe r om et er ; 叩 ti c a l P amr e et r : l a s e r u ltr as ion e d e et e ti o n