激(jī)光技術用於檢測工作主(zhǔ)要是利用激光的優異特性,將它作為光源,配以相應的光電元件(jiàn)來實現的。它具有精度高、測量範圍大、檢測時間短、非接觸(chù)式等優點,常用於(yú)測量長度、位(wèi)移、速度、振動等參數。當測定對(duì)象物受到激光照射時(shí),激(jī)光(guāng)的某些特性會發生變化,通過測定其響應如強度、速度或種類等,就可以知道測定物的(de)形狀、物理、化學特征,以及他們的變化量。響應(yīng)種類有:光、聲、熱(rè),離子,中性粒子等生成物的釋放,以及反射光、透射光、散射光(guāng)等的振幅、相位(wèi)、頻率(lǜ)、偏振光方(fāng)向以及傳(chuán)播方向等的變(biàn)化。
激光測距
激光測距的基本原理是:將光速為 C 的激光射向被測目標,測(cè)量它返回的時間,由此(cǐ)求得激光器與被測目標間的距離 d 。
即:d=ct/2
式中t—激光發出與接收到返回信號之間(jiān)的時間間隔。可見這種激(jī)光測距(jù)的精度取決於測時精(jīng)度。由於它利用的是脈(mò)衝激光束(shù),為了提高精度,要求激光脈衝寬度窄,光接收器響應速度快。所以,遠距離測量常用輸出功率(lǜ)較大的固體激(jī)光器與二(èr)氧化碳激光器作為激光源;近距(jù)離(lí)測量則(zé)用砷化镓半導體激光器作為(wéi)激光源。
激(jī)光測長
從光學(xué)原(yuán)理可知,單色光的最大可測長度L與(yǔ)光源波長λ和譜線(xiàn)寬度Δλ的關係用普通單色光源測量,最大可測(cè)長度78cm。若被測對象超過(guò)78cm,就須(xū)分段測量,這(zhè)將降低測量精度。若用氦氖激光器作光源,則最大可測長度可達幾十公裏。通常測長(zhǎng)範圍不超過10m,其測量精度可保證在0.1μm以內。
激光幹涉測量
激光幹涉測量的原理是利用激光的特性-相幹性,對相位變化的信息(xī)進行處理。由於光(guāng)是一種高頻電磁波,直(zhí)接觀測其相位的變化比較(jiào)困難,因此使用幹涉技術將相位差變換為光強的變化,觀測起來就容易的多。通常利用基準反射麵的參照光和觀測物體反射的觀測光產生的幹涉,或者是參照(zhào)光和通過觀測物體後相位發生變化的光之(zhī)間(jiān)的幹涉,就可(kě)以非接(jiē)觸地測量被測物(wù)體的距離以及物(wù)體(tǐ)的大(dà)小,形狀等,其測量(liàng)精度達到光(guāng)的波長量級。因為光的波長(zhǎng)非常(cháng)短(duǎn),所以測量精度相當高。
激光雷達
激光(guāng)雷達(dá)是用於向空中發射激(jī)光(guāng)束,並對其散射信號光進行分析與處(chù)理,以獲知空氣中的懸浮分子的種類和數量以及距離,利用短脈(mò)衝(chōng)激光,可以按時(shí)間序列觀測每個脈(mò)衝所(suǒ)包含的信息,即可獲得對象物質的三維空間分布及其移動速度、方向等方麵(miàn)的信息。如果使用皮秒級的脈(mò)衝(chōng)激光,其空間分辨率可以達到 10cm以下。激光照射在物體(tǐ)上後,會發生(shēng)散射,按照光(guāng)子能量是否發生變化,散射分為彈性散射和非彈性散射兩(liǎng)種(zhǒng)類型。彈性散射又有瑞利散射和(hé)米氏散射之分。相對於激光波長而言,散射體的(de)尺寸非常小時,稱為瑞利散射;與激光波長相當(dāng)的(de)散射,稱之(zhī)為米氏散(sàn)射。瑞利散射強度與照射激光波長的(de)四次方成反比(bǐ),所以,通過改變波長的測(cè)量方式就可以和米氏散射區別開。相應地,非彈性散射也有拉曼散射和布裏淵散射兩種。拉曼散射是指光遇(yù)到原子或分子發生散射時,由於散射體(tǐ)的固有振動(dòng)以及回轉能和能量的交換,致使散射光的頻率發生變化的現象。拉曼散射所表現出的特征,因組成物質的分子(zǐ)結構的不同而不(bú)同,因此,將接收的散射光譜進行分光,通過光譜分析法可以很(hěn)容易鑒定分子種類。所以,通過測量散射光,就可以測定(dìng)空氣中是否有(yǒu)亂氣流(liú)(米氏散射),以及CO、NO等各種大氣汙染物的種類及數量(拉曼散射)。由此可見,激光雷達技術在解決環境問題方麵占據著舉足輕重的位置(zhì)。