激光探测器的应用——激光测流速、激光测长

激光测流速应用得最多的是激光多普勒流速计，它可以测量火箭燃料的流速、飞行器喷射气流的速度、风洞气流速度以及化学反应中粒子的大小及汇聚速度等。

激光多普勒流速计的基本原理如图13-18所示。激光流速计是基于多普勒原理。所谓多普勒原理就是光源或者接收光的观察者对于传播流体的介质而运动，则观察者所测得的流速不仅取决于光源，而且取决于光源或者观察者的运动速度的大小和方向。当激光照射到跟流体一起运动的微利上时，激光被运动着的微粒所散射，根据多普勒效应，散射光的频率相对入射光将产生正比于流体速度的偏移。若能测量散射光的偏移量，那么就能得到流体的速度。

流速计主要包括光学系统和多普勒信号处理两大部分。激光器发射出来的单色平行光经聚焦透镜聚焦到被测流体区域内，运动粒子使一部分激光散射，散射光与未散射光之间将发生频偏。散射光与为散射光分别由两个接收透镜接收，再经平面镜和分光镜重合后，在光电倍增管中进行混频，输出一个交流信号；该信号输入到频率跟踪器内进行处理，即可获得多普勒频偏fd，从fd就可以得到运动粒子的流速V。流速为v的运动物体所引起的光学多普勒频偏为：fd=2v/λ

激光测长是光学测长的近代发展。由于激光是理想光源，使激光测长能达到非常精密的程度。在实际测量中，在数米长度内，其测量精度可在0.1μm内。

从光学原理可知，某单色光的最大可测长度L与该单色光源波长λ及其谱线宽度δ的关系为：L=λ2/δ

用普通单色光源，如氪-86（λ=605.7nm），谱线宽度δ=0.00047nm，测量的最大长度仅为L=38.5cm。若要测量超过38.5cm的长度，必须分段测量，这样将降低测量精度。若用氦氖激光器做光源（λ=632.8nm），由于它的普贤宽度比氪-86的小4个数量级以上，它的最大可测量长度达几十公里。因此，激光测长称为精密机械制造和光学加工工业的重要技术。