光电仪器原理2010作业参考答案

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1、第二次：干涉仪精度及原理分析1.干涉仪测位移精度分析简明参考答案Δn−8空气折射率误差引入的最大测量误差为δ==L310m×，其中1nnL=30mm为在空气中光程差最大值的一半。nΔλ−8稳频误差引入的最大测量误差为δ==L610m×，其中L=60mm为2λλλ在所有媒质中光程差最大值的一半。则两者的随机合成误差为2222⎛⎞ΔΔn⎛⎞λΔ=±LLδδ+=±⎜⎟+⎜⎟L=±0.067μm。12nλ⎝⎠n⎝⎠λ考察要点1)不同误差对应的最大光程差计算方法；2)随机误差合成方法。2.角度差分干涉仪原理分析简明参考答案光束1的轨迹为：PSPÆPBS(透)ÆQWPÆTPÆQ

2、WPÆPBS(反)ÆRRÆPBS(反)ÆQWPÆR2ÆQWPÆPBS(透)ÆHWP2ÆPSP。其光程代表：测量臂1+参考臂1。光束2的轨迹为：PSPÆHWP1ÆPBS(透)ÆQWPÆR1ÆQWPÆPBS(反)ÆRRÆPBS(反)ÆQWPÆTPÆQWPÆPBS(透)ÆPSP。其光程代表：测量臂2+参考臂2。该光路的干涉仪可以测得TP的转角。优点：①接近共光路，环境变化影响小；②两路干涉光共用后向反射镜RR，减少环境温度变化对光程差的影响；③结构紧凑，适用于需移动的场合或真空环境。考察要点1)利用偏振进行光路控制的干涉仪分析方法；2)干涉仪常见测量误差来源及消除方法。1

3、/3第三次：多普勒测速原理分析1.多普勒测速原理分析简明参考答案（1）直接利用多普勒公式推导可得2cvDosβf=s22λDF+46（2）将已知数据代入公式中可得f=×2.7410Hzs（3）选用光电倍增管或雪崩光电二极管来探测辐射强度很弱、频率较高的光信号。考察要点1)多普勒测速的物理原理及公式推导方法；2)光电探测器的选择原则，主要从光谱响应、信号频率、光强强弱等方面考虑。2.光纤多普勒测速仪原理分析简明参考答案（1）光纤激光测速仪是利用多普勒效应的光纤传感器，其中参考光是光纤端面反射光，其频率为f0，被测光是流速为流体向后散射光，频率为vf0+Δf或f0−Δf

4、（视流向而定），干涉信号反应被测光与参考光频差Δf，与流速v有关。（2）双光束激光多普勒测速仪要求管道必须是可以透光的，且测速仪必须紧邻管道，对管道周边洁净度等要求较高，且测速仪与管道之间不宜发生振动；光纤激光多普勒测速仪不要求管道是透光的，在管道上开辟检测口即可，且通过光纤传光，测速仪可远离管道，对被测环境清洁度、振动要求不高。两种方法测速范围相近。（3）检偏器的作用是保持进入光电接收器的被测光和参考光有相同的偏振态，提高干涉信号的对比度，减少误差。考察要点光纤传感器工作原理描述方法，主要从以下几个方面描述：光路走向、基本物理原理（如多普勒、干涉等）、待测物理量（

5、如速度、位移等）、检测的光学量（如光强、相位等）等。2/3第四次：光栅尺测长系统设计1.长光栅定位检测系统设计简明参考答案方案一：(1)电子细分数N=128。光栅常数d=25.6μm。22(2)光电池尺寸a≥(2μm)d/(0.1μm)=10.24mm。(3)莫尔条纹宽度B需满足B≥4a=40.96mm。此时光栅对夹角θ=d/B=0.625mrad。方案二：(1)细分数为N=360/10=36，光栅常数d=NΔ=7.2μm。(2)正入射时，衍射角满足α=asin(λ/d)，则横向间距=ftanα=8.83mm。考察要点几何式莫尔条纹光栅尺参数设计和选择的根据和原则。

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