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共焦Fabry-Perot 干涉仪在无损检测系统中的应用 程琳，余学才，罗敏慧 电子科技大学光电信息学院，四川成都 (610054) E-mail ：fei528528@163.com 摘 要：共焦 Fabry-Perot 干涉仪检测系统是激光超声无损检测的常用系统之一。作为该系 统的关键元件，共焦 Fabry-Perot 干涉仪的参数选择直接影响着检测系统的灵敏度。本文主 要描述共焦Fabry-Perot 干涉仪在该系统中的应用，并重点分析计算了其参数选择。 关键词：无损检测，激光超声，共焦Fabry-Perot 干涉仪，参数设计 1. 引言 [1] 无损检测技术 是产品质量控制中不可缺少的基础技术。随着现代工业和科学技术的发 展，产品的复杂程度越来越高，从而对产品和材料的无损评价也提出了愈来愈高的要求。激 光超声技术[2]是最具前景的无损检测技术之一。它是利用激光来激发和检测超声的一门新兴 检测技术，是一种涉及光学、声学、热学、电学、材料学等多学科的科学与技术。常用的激 光超声无损检测系统有两种：一种是共焦Fabry-Perot 干涉仪检测系统[3] ；另一种是外差干涉 检测系统[4] 。其中前者由于其不受环境震动影响、大的散射光收集率以及高的灵敏度，故在 工业场合有广阔的应用前景。本文将描述共焦 Fabry-Perot 干涉仪在检测系统中的应用，并 分析设计了其参数。 2. 共焦Fabry-Perot 干涉仪在无损检测系统中的应用 共焦 Fabry-Perot 干涉仪检测系统又称为速度干涉型测量系统。它基于振动物体表面的反射 或散射光频的多普勒频移来实现超声信号的接收，并通过其关键元件共焦 Fabry-Perot 干涉 仪进行解调。基本的实验装置如图1 所示。方框中的图形阐释了探测的原理：当将干涉仪的 工作点稳定在透射光强峰值的一半附近时，入射光频的微小变化会导致输出光强的很大变 化。当激光器频率设在响应峰值的半斜坡上，入射光的光频通过干涉仪解调。这种探测方案 对表面速度敏感，而对周围环境不敏感。下面我们将讨论共焦 Fabry-Perot 干涉仪的参数设 计。 ∆ν He-Ne 激光器 响应 θ 1 x θ 2 干涉仪及探测器 激光频率 光频 被测物体 图1 速度干涉型探测超声信号的示意图 -1- 3. 共焦Fabry-Perot 干涉仪的参数设计 3.1 共焦Fabry-Perot 干涉仪的工作原理 图2 是共焦Fabry-Perot 干涉仪的光学示意图。如图所示，它由曲率半径均为r 的两个 0 相同的球面镜共焦放置而成，两个反射镜之间的间距L 等于反射镜的半径r 。如图2 所示， 0 在忽略反射镜球面像差的情况下，所有的近轴入射光形成一个“8”字形回路，从而得到一个 大的圆形干涉条纹和大的集光率。为简明起见，图中仅示意了经一次回路后的两束 反射镜1