激光多普勒测振仪中光学天线的优化设计与测试

郑帅君; 谢涛; 马赛; 张余豪; 张聪; 关向雨; 袁晨智; 金锐博

doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202311013

武汉工程大学学报 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (4) : 431 -438. DOI: 10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202311013

激光多普勒测振仪中光学天线的优化设计与测试

郑帅君, 谢涛, 马赛, 张余豪, 张聪, 关向雨, 袁晨智, 金锐博

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摘要

传统的激光测振仪多使用氦氖激光器，不满足人眼安全条件，在户外容易受到太阳光干扰。其使用的光学天线大多数仅能工作于氦氖激光器的辐射波段，同时存在结构复杂、成本较高、收集效率低、工作距离较短等不足。为了解决以上问题，基于近红外波段透镜组的扩束和聚焦原理，以Zemax作为设计工具，以点列图和波前图为主要分析手段，设计并制作了一款可工作于1 550 nm的三片式收发一体光学天线，结构简单，成本低。分析结果显示：在0.3～15.0 m的工作距离范围内均可获得直径小于2 mm的聚焦光斑；测试结果显示其最大收集效率可达到51.6%。同时，将该光学天线应用于自主设计搭建的激光多普勒测振仪中，实现了不同工作距离下的振动测量，有效扩展了激光测振仪的应用范围和应用场景，在机械、航空、建筑、医学、农学等领域有很大的应用潜力。