摘要：介绍了一种无配合目标测距、测厚的实验系统。该系统用半导体泵浦固体绿激光器作光源、用声光调制器（ａｏｍ）进行调制、用光电倍增管（ｐｍｔ）作探测器，可进行ｎｗ量级高频调制的微弱光信号检测。

关键词：半导体泵浦固体激光器 声光调制器 测距 锁相稳频 鉴相

无配合目标的激光测距、测厚技术在工业生产中有着广泛的应用，如钢铁厂所用的价值数百万元的“转炉”测厚仪，就必须采用无配合目标的测距、测厚技术。可见光半导体激光管具有体积小、易调制、成本低等特点，其应用日趋广泛。本文介绍的实验系统采用波长为５３２ｎｍ、功率为２０ｍｗ的半导体泵浦固体绿激光器作光源，光强调制频率为１５ｍｈｚ，避免了高温红色炉衬的背景干扰。本系统没有反射器作配合目标，接收到的光信号功率大约在ｎｗ量级；采用高频响应的绿敏光电倍增管作为探测器，并在其前方安装了望远镜系统和滤光片，提高了接收灵敏度和信噪比，实现了无配合目标的测距。

１ 系统组成

本系统共分四个部分：锁相稳频部分、激光发射调制部分、光电接收检测部分和鉴相显示部分。其系统框图如图１所示。

１．１ 锁相稳频部分

锁相稳频部分提供整个系统的主振（ｆ１＝７．５ｍｈｚ）和本振（ｆ２＝１５．００１５ｍｈｚ）。主振由在声光调制器作用下倍频，然后与本振进行差频，得到测量信号，为ｆｍ＝ｆ２－２ｆ１＝１．５ｋｈｚ。锁相稳频部分框图如图２所示。将稳定度好、频率漂移小于５×１０－６、频率为１５ｍｈｚ的温度补偿晶体振荡器二分频后作为主振，将１５ｍｈｚ的温补晶振１００００次分频后，得参考信号ｆｒ＝１．５ｋｈｚ。这样，当环路稳定时，有２ｆ１＝ｆ２－ｆｒ，本振ｆ２送往光电倍增管，主振ｆ１送往声光调制器，ｆｒ作为参考信号，送往鉴相器。本系统针对炉衬测厚仪而设计，要求的测量范围较短，因此只需一种测尺频率即可。锁相技术的采用能保证本振的稳定度达到５×１０－６，更重要的是能保证本振与主振的差频非常稳定，因而大大降低了鉴相误差，提高了系统精度。

１．２ 激光发射调制

本系统采用半导体泵浦固体激光器作为激光源，它的光束直径是１．５ｍｍ，发散角为２ｍｒａｄ，输出的是线偏振光。用声光调制器对激光器发出的激光束进行光强调制，可得到调制频率为１５ｍｈｚ的调制光波。欲把激光的光强调制到调制频率为１５ｍｈｚ的调制光波，要求通过声光调制器晶体的激光束直径小于０．１ｍｍ。由于固体激光器光源的光束直径较大，必须设计一个光学系统将激光束聚焦为发散角小于７ｍｒａｄ和聚焦直径小于０．１ｍｍ的会聚激光束，以保证通过声光调制器晶体的激光部分的光束直径小于０．１ｍｍ；然后再用一个光学系统将调制光束在一定测试范围内会聚成直径不大于５ｍｍ的光班。声光调制原理框图如图３所示。

实验中需调整声光调制器的位置以获得最大衍射效率。调整步骤如下：（１）旋转声光调制器使得激光入射角大约为２２ｍｒａｄ（布拉格角）；（２）调整声光调制器的高度使得激光束打在声光调制器活动孔径的中心；（３）使激光束与声光调制器的活动孔径平行;（４）使激光束的偏振方向与声光调制器的基面垂直；（５）保证激光束的会聚点在声光调制器的晶体中心。按照上述步骤进行调试，用光功率计探测从声光调制器射出的调制激光束。为获得满意的调制信号波形，慢慢调整ｒｆ驱动器的射频功率，将射频功率保持在衍射光强最大的地方，即锁相部分输出的模拟信号保持在某一幅值即。激光束调制后的光强信号如图４所示。

１．３ 光电检测部分

光电检测部分由望远镜系统、光电倍增管（ｐｍｔ）、高压电源、选频放大