Wykład 5 Interferometria laserowa

28  Download (0)

Pełen tekst

(1)

Metody Optyczne w Technice

Wykład 5

Interferometria laserowa

(2)

Promieniowanie laserowe

• Wiązka monochromatyczna

• Duża koherencja przestrzenna i czasowa

• Niewielka rozbieżność wiązki

• Duża moc

• Największa możliwa prędkość pomiaru

(3)

Dalmierz

• Dwa obiektywy obserwują obiekt, kąt paralaksy świadczy o odległości

( )

d d L

L

d d

d L

d L

+

=

+

+

=

=

θ θ

θ θ

θ θ

2 sin

2

tan tan

tan

2

(4)

Dalmierz laserowy

• Krótki impuls światła jest wysyłany w kierunku obiektu oraz odbierany po odbiciu, mierzymy czas przelotu

t t n

n L

L

t nc n

ct L

nct L

+

=

+

=

=

2 1 2

1 2 1

(5)

Dalmierz laserowy

• Po odbiciu (najczęściej od powierzchni

rozpraszającej) światło zachowuje się jak fala kulista, więc jej natężenie spada z kwadratem odległości – potrzeba laserów dużej mocy

• Współczynnik załamania zależy od

temperatury, ciśnienia, zawartości pary wodnej (wilgotności) powietrza

• Wielkość plamki ogranicza precyzję poprzeczną pomiaru

(6)

Dalmierz laserowy

• Zasięg od 20 cm do 100-1000 metrów (w zależności od precyzji i jakości urządzenia)

• Dokładność ok. 1 mm

• Czas przelotu impulsu przy odległości 10 metrów 0,07 μs (częstotliwość

impulsów 15 MHz)

• W praktyce częstotliwość ok. 50 Hz

(7)

Efekt Dopplera

Częstotliwość fali zależy od prędkości źródła i odbiornika

W mechanice klasycznej (dźwięk, fale na wodzie) tłumaczy to się nieruchomym ośrodkiem w

którym

rozchodzi się fala

W przypadku światła wynika to ze

szczególnej teorii względności

i dylatacji czasu

(8)

Laserowy miernik prędkości

• Jeśli impuls laserowy odbije się od

poruszającego obiektu nastąpi przesunięcie częstotliwości (barwy) światła

• Przy prędkości 100 km/h przesunięcie

częstotliwości wyniesie 0,12% częstotliwości źródła (ok. 1 nm)

(9)

Dalmierz fazowy

• Emituje fale ciągłe zamiast impulsu

• Badana jest różnica faz między światłem wysyłanym a odbieranym

• Precyzja pomiaru rzędu długości fali

(10)

Interferencja

( ) ( )

[

( ( ))

]

( ) ( )

(x y z t) I I I I

[

( )t (x y z) (x y z)

]

I

t z y x E t

z y x I

z y x t

i z

y x A t

z y x E

, , ,

, cos

2 ,

, ,

, , , ,

, ,

, , exp

, , ,

, ,

2 1

2 1

2 1 2

1 2

ϕ ϕ

ω ω

ϕ ω

+

+

=

=

=

(11)

Interferometria

( )

( ) ( ( ))

( )L

nc I I Lf

I L I L

L I

L I

L I

nc I Lf

L I

L I

nc Lf z L

y x

=

+

=

+

+

=

+

+

=

 + +

 =



 +

+

=

 +

+

=

+

=

=

=

2 2 cos 1

2

2 2 2 cos 1

2 2 2 cos 1

2

2 2 2 cos 1

2 2 cos

1 2 2

2 2 cos 1

2 cos

1 2

2 2 2 2

, ,

0

0 0

0 0

0 0

π

λ π λ π

π λ

λ λ λ π

λ ϕ

π ϕ

λ π π ϕ

(12)

Interferometria

Pomiar sprowadza się więc do pomiaru odległości pomiędzy kolejnymi minimami (maksimami)

interferencyjnymi

Można w ten sposób bardzo dokładnie mierzyć L przesunięcia (ilość prążków), prędkość (ilość

prążków na jednostkę czasu), zmiany

współczynnika załamania, częstotliwość fali

( )

nc Lf z L

y

x 2

2 2 2

,

, π

π λ

ϕ = =

(13)

Interometryczny pomiar kąta

• W przypadku gdy wiązki tworzą pewien kąt θ powstają prążki interferencyjne w płaszczyźnie ekranu (zdłuż kierunku x:

( )

+

= π θ

θ 2 sin

cos 1

2

, 0

nc I fx

x I

(14)

Interometryczny pomiar kąta

• Pomiar sprowadza się do znalezienia

odległości między kolejnymi prążkami, która zależeć będzie od kąta θ, częstotliwości fali i współczynnika załamania

• Przy nieruchomych

źródłach kąt zmieniać będzie także odsuwanie i przysuwanie ekranu

(15)

Sposoby kodowania obrazu interferometrycznego

• Interferencja wiązki z wiązką sprzężoną (biegnącą w przeciwnym kierunku)

• Interferencja wiązki z wiązką przesuniętą (kątowo lub poprzecznie)

• Interferencja wiązki przedmiotowej z wiązką odniesienia

(16)

Interferometry

• z podziałem czoła fali np. Interferometr Younga

• Z podziałem amplitudy np. interferometr Michelsona

(17)

Interferometry

(18)

Interferometry

(19)

Interferometr Fizeau

(20)

Pierścienie Newtona

(21)
(22)

Pomiar współczynnika załamania

(23)

Interferometr Macha-Zendera

(24)

Interferometr Sagnaca

(25)

Holografia

( ) ( ) ( ) ( )

R A

ikR A U

R

ikR A U

R A U

R

ikR y U

x

I = exp + = + + exp + exp

,

* 2 *

2 2 2

(26)

Hologramy

• Zapisany obraz obiektu w postaci amplitudy i fazy – możliwość pełnego odtworzenia obrazu (głębia, paralaksa)

• Informacja zapisana w każdym miejscu kliszy (przecięcie nie powoduje utraty części obrazu)

• Zapis wymaga bardzo stabilnych warunków mechanicznych

• Poprawne odtworzenie wymaga oświetlenia falą odniesienia zgodną z falą zapisu

(27)

Holografia syntetyczna

• Hologram można także wygenerować komputerowo

• Dostępne są tzw. Przestrzenne modulatory światła (SLM) które pozwalają wyświetlać

płytkę fazową z rozdzielczością HD na ekranie wielkości 0,7’’ (rozmiar piksela 8 μm)

• Pozwala to już dzisiaj tworzyć ruchome hologramy

(28)

Hologramy

Obraz

Updating...

Cytaty

Powiązane tematy :