激光超声检测：共焦球面法布里-珀罗干涉仪设计与应用

"激光超声检测共焦球面法布里–珀罗干涉仪 (2005年)" 本文深入探讨了共焦球面法布里-珀罗干涉仪（CFPI）在激光超声检测中的应用，这是一种非接触且具有高灵敏度的无损检测技术。激光超声检测利用超声波的传播特性来评估材料内部结构，广泛应用于工业生产中。常见的干涉仪类型包括自差干涉仪、外差干涉仪以及本文重点介绍的共焦球面法布里-珀罗干涉仪。 CFPI的工作原理基于速度干涉法，它通过检测由于超声振动导致的反射光和散射光的多普勒频移，进而对光的频率进行调制。这种干涉仪对样品表面的振动速度非常敏感，但对环境的低频振动不敏感。由于其多光束干涉的特性，CFPI可以同时接收多个散射光斑，适应粗糙表面的激光超声信号检测，因此特别适合于工业环境中的实际应用。 文章提到了先前的研究，如文献[5]对CFPI的理论和实验方面进行了详细阐述，涉及局部干涉条纹、光谱分析、有限孔径聚光能力、模式匹配条件以及设计和应用。文献[6]则探讨了如何制造高性能的法布里-珀罗腔，通过腔外匹配和腔内加光阑法解决制作技术问题，但主要关注的是通信系统中的应用。 本文作者根据激光超声检测的需求，设计并制作了一台实验室用的共焦球面法布里-珀罗干涉仪，并对其光学性能和调焦方法进行了分析。干涉仪的构造由两块曲率半径相同的球面镜组成，两镜心连线与几何轴共轴，两镜的凹面均镀有高反射膜。当光线从光轴附近入射时，会在干涉仪的中心截面上产生多光束干涉，通过调整入射角度和位置，可以实现精确的光束干涉和超声信号检测。 通过对光学参数的分析，例如自由光谱范围、透射谱线半宽度、精细度和光谱分辨率，以及通过单片机对干涉仪腔长和工作点的控制，成功实现了激光超声的非接触测量。这项工作不仅提供了对CFPI深入理解的基础，也为未来在实际应用中优化激光超声检测系统提供了理论和技术支持。