搭建了一套以1.57 μm近红外半导体激光器作为本振光源的小型化被动式激光外差探测系统,并将其用于大气环境监测。为对该系统的性能进行评估,以窄线宽近红外外腔激光器岀射的光作为信号光,与本振光混频,得到系统的带宽为0.032 cm ^-1,最小可探测灵敏度为25 pW,为光电探测器暗电流噪声功率的1/68。利用该系统对大气CO₂太阳光谱信号进行测量,并反演了其中两条主要强吸收线所对应的体积分数,结果均约为396×10 ^-6,误差为7.6×10 ^-6,测量结果与实际整层大气中的CO₂柱浓度一致,验证了该系统的可行性。

提出了采用激光外差技术探测振动目标, 获取目标多普勒频谱图像, 实现目标轮廓识别的方法。基于相位变化给出了目标振动形成外差信号的光电流模型; 用扫描振镜控制激光光束方向实现对目标点扫描; 通过振镜驱动电压触发数据采集卡, 实现扫描与采集同步。利用频谱展宽占有比例的信号处理方式处理振动目标形成的多普勒频谱, 简化了数据处理方式, 有效消除了单个峰值噪声对信号的影响。实验中以5 MHz采样率测得两个目标在不同位置的特征频谱, 得到了它的频谱展宽占有比例曲线; 选取不同频谱展宽占有比例形成多普勒频谱图像, 指出频谱展宽占有比例在0.7到09时能够形成良好的振动图像。文中结果证实了利用频谱展宽占有比例的数据处理方式探测振动目标是有效的, 利用外差技术获取振动频谱图像是可行的。

搭建了外差探测实验平台，分别选用漫反射目标及类简谐运动模型作匀转速运动及变速运动的测量目标，应用激光外差探测技术实现了对匀转速运动及变速运动物体的速度测量。在匀转速测量过程中，同时采用外差探测法和振幅调制法测量了漫反射目标正负两个方向转动的速度，共得到133组不同的转速结果。通过调整实验系统，亦实现了对类简谐运动目标的变速测量，应用Matlab数学工具对拍摄频谱视频做后续处理，得到了运动目标的实时速度。测试结果显示，在0.05~16 m/s测量匀转速时，正向转动平均相对误差为0.51%，负向转动平均相对误差为0.42%; 另外，变速测量的正负最大速度分别为0.555 6 m/s和-0.659 m/s。结果证明了激光外差对速度测量的高精度性，实验中频谱峰值清晰可见，说明激光外差探测具有较高信噪比。

本文给出了探测器列阵和全息位相光栅在CO_2激光外差探测系统中应用的可行性实验研究结果和分析,为实现实用化提供了重要的依据。