Vol.20 No.5 龚育良等：探测激光超声用的激光外差干涉仪 ·505· 式中，i,i,为信号光、参考光的人射角，R,R,R分别为光能流在空气/镀膜、镀膜/玻璃、 玻璃/空气界面上的反射率，p=4πn,cosi,/1,为相邻透射光线的相位差.镀膜的折射率和 厚度、玻璃的折射率对AA,一，曲线都有影响.对于给定的光分束器，有一个最佳入射角，这 时A,A,有一个极大值.对于以折射率1.5的玻璃为基体的光分束器，最佳入射角为77°左右， 这时的AA-0.42,为通常45°角入射时的0.21的近2倍.可见采用最佳人射角外差信号强度 可提高约2倍，见图6.图中曲线是理论结果，圆点为实验结果，两者符合较好 0.45 0.40 -计算 空气io 0.35 ·实验 薄膜m 0.30 0.25 0.20 玻璃n2 0.15 n=13 0.10 n2=l.5 空气 0.05 a U,U, 0.00 00.20.40.60.81.01.21.41.6 a/(°) 图5信号光和参考光在分速器上干涉 图6A::随信号光和参考光的入射角的变化 6外差干涉的共轭输出 通常的外差干涉仪都是单边输出，只利用 了光能的一半，如果采用图7所示的装置，则另 光分速器 一半光能也将得到利用.它不但利用信号光的 透射光和参考光的反射光进行干涉输出，而且 示波器 相加器 还利用其共轭光即信号光的反射光和参考光的 透射光进行干涉输出.图中1和2代表2组相同 的光电探测和信号处理电路.经过解调后它们 图7外差干涉的共轭输出，1,2为光电探测 和信号处理电路 的输出分别为： U(0= 1 4π u() KRC A (6) U,(0= 1 4π KRC 4t+δ) (7) 式中，d1=(d,-d,)/c,是光从分束器传播到两光电探测器的时间差，是一常数.若u(0是频 率为w的正弦信号，则经加法电路后，它们的输出可写成 U)=U()+U()=U,sin(ωt+中，)+U2sin(wt+p,)=Usin(ωt+) 式中U=U+U+2U,U2cos(w6),若d,-d=1cm,w=2π×10'，则cos(wd)≈1，所以 U=U,+U,0也为一常数.由此可见，采用外差干涉的共轭输出，如果光电探测和电路的传输 系数相同，光能将得以充分利用，干涉仪的输出电压将增大1倍.v .ol 20 No . 5 龚育 良等 : 探测激光超声用 的激光外差 干涉仪 · 505 · 式 中 , i , , 1 2为信号 光 、 参考 光 的人 射角 , 风 , 凡 , 凡分 别 为光 能流在 空气 / 镀 膜 、 镀 膜 / 玻 璃 、 玻璃 / 空气 界 面 上 的反射 率 , 沪 二 4 7t 。 , co s i Z / 凡为相 邻 透射 光 线 的相位 差 . 镀 膜 的折射 率 和 厚度 、 玻璃 的折射 率 对 IA A Z一 i , 曲线都 有影 响 . 对 于 给定 的光 分束器 , 有 一 个最佳 入射 角 , 这 时 A I A Z有 一 个极 大值 . 对 于 以 折射率 1 . 5 的玻 璃为基 体的光分 束器 , 最佳 人射 角为 7 。 左右 , 这时 的 A l凡一.0 42 , 为通 常 45 。 角人射 时 的 0 . 21 的近 2 倍 . 可见 采用 最佳人 射角外 差信 号强度 可提 高 约 2 倍 . 见 图 6 . 图中 曲线是理 论结果 , 圆点为实验 结果 , 两者 符合较 好 . soU 诌 空气 一n0ln吸 薄膜 玻璃 n] = 1 . 3 n , 吕 1 . 5 一渗阵 l匕 .045321 侧叫zl 空气 n0 〔乱 sU rU 图5 信号光和参考光在分速器上干涉 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 a / ( o ) 图6 IA 击 随信号光和参考光的入射 角的变化 6 外差千涉的共辘输 出 通 常 的外 差 干涉 仪 都 是 单边 输 出 , 只利 用 了 光 能 的 一半 , 如 果 采 用 图 7 所 示 的装 置 , 则 另 一半 光 能 也 将 得 到 利 用 . 它 不 但利 用 信 号光 的 透 射 光 和 参考 光 的 反 射 光 进 行 干 涉 输 出 , 而 且 还利 用 其共 扼 光 即信 号 光 的反 射光 和 参考 光 的 透射 光进 行干 涉输 出 . 图 中 1 和 2 代表 2 组相 同 的 光 电探 测 和 信号处 理 电 路 . 经 过 解 调 后 它 们 的输出分别 为 : 口 示波器 图7 外差干涉的共辘输 出 , 1 , 2为光电探测 和信号处理电路 U I ( t) 认( O = 1 4 孔 K l 尺C , 又 u ( )t (6 ) 1 4 兀 — - : - 赵 ( t + O t ) 凡凡从 凡 ( 7) 式 中 , 由 = d( 1 一 d Z ) / ’c 是 光从分 束器 传 播到 两 光 电探 测器 的时 间差 , 是 一 常数 . 若 u( )t 是 频 率为。 的正 弦信 号 , 则经加 法 电路后 , 它们的 输 出可 写成 (U )t = U t (l) + 认( )t = U l s i n (。 t + 沪 1 ) + 认 s i n佃 t + 沪2 ) 二 U s i n (臼 t + 0 ) 式 中 护 = 斌+ 代 + 2 U I认 c o s ( 。 占)t , 若d , 一 姚= 1 e m , 。 = 2 二 x 10 , , 则 e o s ( 。 d )t 二 l , 所 以 U = U , + 认 , e 也 为一 常数 . 由此 可见 , 采 用外差 干涉 的共 扼输 出 , 如 果光 电探 测和 电路 的传输 系数相 同 , 光 能将得 以充 分利 用 , 干涉 仪 的输出 电压将增大 1 倍