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光电技术综合设计 —光电相位探测器设计 学 院: 光电技术学院 班 级: 电科10班 姓名: 学 号: 指导老师: (教授 2013年一、设计目的 3 二、设计结构 3 三、入射激光器 3 3.1激光器的三大组成系统 3 3.1.1激励源 3 3.1.2工作物质 4 3.1.3谐振腔 4 3.2激光器的种类 4 3.2.1固体激光器 4 3.2.2气体激光器 5 3.2.3半导体激光器 5 3.2.4液体激光器 5 3.2.5自由电子激光器 5 3.3 光腔理论 6 3.3.1光腔的构成与分类 6 3.3.2模的概念 7 3.3.3光腔的损耗 7 3.3.4开共轴球面腔的稳定条件 7 3.3.5激光谐振腔基本参数设计 8 3.4高斯模匹配 10 3.4.1高斯模匹配的意义 10 3.4.2 匹配原理 11 3.4.3 圆形镜稳定腔He-Ne激光器输出光强分布特性 12 3.4.4 模式分析 15 3.4.5 扩束系统 16 3.4.6 光学参数 16 四、光学匹配系统设计 18 4.1望远镜系统 18 4.1.1望远镜系统简述 18 4.1.2 望远镜的主要特性分析 19 4.1.3 伽利略望远镜系统 24 4.2 物镜组与目镜组的选取 25 4.2.1 望远物镜 25 4.2.2 内调焦式的望远镜 27 4.2.3 望远目镜 30 4.3 棱镜转像系统 34 4.4 PW法 35 五、微透镜阵列及CCD探测器系统 36 5.1微透镜阵列的基本原理 36 5.2基本参数 38 六、光电探测器 38 6.1光电探测器件的要求 38 6.2光电探测器的分类 38 七、夫琅和费衍射仿真 39 7.1光学衍射原理 39 7.2编写计算程序 40 八、心得体会 43 九、参考文献 43 一、设计目的 在了解光电相位探测基本工作原理基础上，完成光电相位探测传观器系统的简易或原理性设计，实现该系统结构简单、使用方便、抗干扰能力强、实时性好、并且能够获得光波波前相位信息等特点。受设计时间限制，本课程设计主要是对前端的激光器和光电探测器。光电相位探测传感器主要由光学匹配系统、微透镜阵列、光电探测器、图像采集卡、数据处理计算机和光波相位模式复原软件等构成。 二、设计结构 原理示意图： ①将入射光速的口径缩小（放大）到与微透镜阵列相匹配尺寸； ②微透镜阵列将入射光瞳分割，对分割后的入射波前成像； ③光电探测器用于接受光电信号，目前多用CCD探测器； ④微透镜阵列和光电探测器之间加入匹配透镜； ⑤进一步计算得到波前相位分布。 三、入射激光器 3.1激光器的三大组成系统 3.1.1激励源 为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 3.1.2工作物质 增益介质(即激光工作物质)，是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 3.1.3谐振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为：①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。共振腔作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有不同的选择性损耗特性所决定的。 3.2激光器的种类 3.