基于光学外差的光声探测技术的研究

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光声技术是一种采用“光吸收-诱导光声信号-超声探测”的方式进行检测的技术。由于该技术具有信息量大、无损检测、灵敏度高和对比度高的特点,所以,近年来光声技术的发展是非常迅速的。目前,光声技术的应用主要包括以下三个方面:光声光谱技术、光声成像技术及激光光声检测技术。   光声技术,是以检测光声信号为基础进行研究的,所以,光声信号的检测就成为光声技术的关键。目前,光声信号的检测方法主要有两类,一类是基于压电材料换能器的方法,另一类是基于光学检测的方法。利用压电材料将光声压转化为电信号,这种技术较为成熟,同时也具有较高的灵敏度。然而,利用光学方法检测光声信号具有对比度高的优点及直接成像的潜力,所以这种方法具有较大的优势。但是,在目前阶段,基于光学方法检测光声信号的技术较少,而且不成熟,还不能广泛应用,这是因为现有的方法受到材料及工艺的限制。为了突破这种限制,本文提出一种容易实现、灵敏度高的光学检测光声信号的新技术--基于光学外差的光声检测技术。   本文主要内容:   第一,研究了基于光学外差的微小振动的检测技术。光学外差技术具有非接触测量,动态响应快,灵敏度高等优点,被广泛的应用在测速及测振领域。目前,应用光学外差技术检测波长量级的微小振动,成果较多;但是振幅远小于波长的微小振动的研究成果却比较少。于是,本文基于光学外差技术,以较为成熟的大振幅(波长量级)测量理论为基础,分析和讨论了微小振幅情况下的测量理论。基于这个理论,搭建了检测系统,制作光电探测器并进行了微小振动的检测实验。实验结果表明,光学外差技术具有较好的检测微小振动的能力。   其次,光声信号是微弱信号,它在介质中传播时,介质振动振幅很小,可以考虑利用光学外差技术来检测光声信号。因此,本文搭建了基于光学外差方法检测光声检测的系统,并成功实现了光声信号的检测。   第三、对实验结果进行分析和讨论,对周期信号和脉冲信号的检测做了对比分析。同时也分析了系统相位的不稳定给探测带来的影响,并基于相位不稳定的原因提出了改进方案。   第四,对全文进行总结,并针对研究过程中所遇到的一些问题和设想对基于光学外差的光声检测方法提出技术展望。
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