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[1]郑帅君,谢 涛,马 赛,等.激光多普勒测振仪中光学天线的优化设计与测试[J].武汉工程大学学报,2024,46(04):431-438.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202311013]
　ZHENG Shuaijun,XIE Tao,MA Sai,et al.Optimization design and testing of optical antennas for laserDoppler vibrometers [J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2024,46(04):431-438.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202311013]
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激光多普勒测振仪中光学天线的优化设计与测试(/HTML)
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《武汉工程大学学报》[ISSN:1674-2869/CN:42-1779/TQ]

卷:
46
期数:
2024年04期
页码:
431-438
栏目:
机电与信息工程
出版日期:
2024-08-28

文章信息/Info

Title:
Optimization design and testing of optical antennas for laser
Doppler vibrometers
文章编号:
1674 - 2869（2024）04 - 0431 - 08
作者:
郑帅君1; 谢 涛1; 马 赛1; 张余豪1; 张 聪1; 关向雨2; 袁晨智1; 金锐博*1
1. 光学信息与模式识别湖北省重点实验室（武汉工程大学），湖北 武汉 430205；
2. 福州大学电气工程与自动化学院?，福建 福州 350108
Author(s):
ZHENG Shuaijun1; XIE Tao1; MA Sai1; ZHANG Yuhao1; ZHANG Cong1; GUAN Xiangyu2; 
1. Hubei Key Laboratory of Optical Information and Pattern Recognition（Wuhan Institute of Technology），
Wuhan 430205，China；
2. School of Electrical Engineering and Automation，Fuzhou University，Fuzhou 350108，China
关键词:
扩束聚焦镜; Zemax; 激光多普勒测振仪
Keywords:
beam expanding focusing mirror;  Zemax;  laser Doppler vibrometer
分类号:
O435
DOI:
10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202311013
文献标志码:
A
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。
Abstract:
Traditional laser vibrometers often use helium-neon lasers，which do not meet the safety requirements of the human eye and are susceptible to interference from sunlight. The optical antennas used in these systems mostly operate within the radiation band of helium-neon lasers. However，they suffer from drawbacks such as complex structure， high cost， low collection efficiency，and short working distance. In order to address these issues， a three-piece integrated optical antenna working at 1 550 nm was designed and produced based on the beam expanding and focusing principles of the near-infrared wavelength range，with Zemax serving as the design tool and spot diagrams and wavefront maps as primary analysis methods，showing a simple structure and cost-effectiveness. The analysis results show that focused light spots with a diameter less than 2 mm can be obtained within a working distance range of 0.3-15.0 m；the test results indicate a maximum collection efficiency of 51.6%. Integrating this optical antenna into a self-designed laser Doppler vibrometer enabled vibration measurements at different working distances， effectively expanding the application range and scenarios of laser vibrometers. This innovation has significant potential applications in fields such as mechanical engineering， aviation， architecture， medicine， and agriculture.

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相似文献/References:

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2023-11-23
基金项目：国家自然科学基金 （92365106，12074299）
作者简介：郑帅君，硕士研究生。Email：[email protected]
*通信作者：金锐博，博士，教授。Email：[email protected]
引文格式：郑帅君，谢涛，马赛，等. 激光多普勒测振仪中光学天线的优化设计与测试［J］. 武汉工程大学学报，2024，46（4）：431-438.

更新日期/Last Update: 2024-08-31