Metody Optyczne w Technice Wykład 5 nterferometria laserowa
Promieniowanie laserowe Wiązka monochromatyczna Duża koherencja przestrzenna i czasowa Niewielka rozbieżność wiązki Duża moc Największa możliwa prędkość pomiaru
Dalmierz Dwa obiektywy obserwują obiekt kąt paralaksy świadczy o odległości L d L tanθ ( d d tan θ ) L θ d L sin θ d θ tanθ d
Dalmierz laserowy Krótki impuls światła jest wysyłany w kierunku obiektu oraz odbierany po odbiciu mierzymy czas przelotu L L L 1 L nct 1 n n ct n t t 1 nc t
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
Dalmierz laserowy Zasięg od 0 cm do 100-1000 metrów (w zależności od precyzji i jakości urządzenia) Dokładność ok. 1 mm Czas przelotu impulsu przy odległości 10 metrów 007 μs (częstotliwość impulsów 15 MHz) W praktyce częstotliwość ok. 50 Hz
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
Laserowy miernik prędkości Jeśli impuls laserowy odbije się od poruszającego obiektu nastąpi przesunięcie częstotliwości (barwy) światła Przy prędkości 100 km/h przesunięcie częstotliwości wyniesie 01% częstotliwości źródła (ok. 1 nm)
Dalmierz fazowy Emituje fale ciągłe zamiast impulsu Badana jest różnica faz między światłem wysyłanym a odbieranym Precyzja pomiaru rzędu długości fali
nterferencja ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] z y x z y x t t z y x t z y x E t z y x z y x t i z y x A t z y x E cos exp 1 1 1 1 ϕ ϕ ω ω ϕ ω
nterferometria ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) L nc Lf L L L L L nc Lf L L nc Lf L z y x cos 1 cos 1 cos 1 cos 1 cos 1 cos 1 cos 1 0 0 0 0 0 0 0 π π λ π λ λ π λ λ π λ ϕ λ π ϕ π λ π ϕ
nterferometria Pomiar sprowadza się więc do pomiaru odległości pomiędzy kolejnymi minimami (maksimami) interferencyjnymi L Lf ϕ ( x y z) π π λ nc Można w ten sposób bardzo dokładnie mierzyć L przesunięcia (ilość prążków) prędkość (ilość prążków na jednostkę czasu) zmiany współczynnika załamania częstotliwość fali
nterometryczny pomiar kąta W przypadku gdy wiązki tworzą pewien kąt θ powstają prążki interferencyjne w płaszczyźnie ekranu (zdłuż kierunku x: ( ) πfx x θ 1 cos sinθ 0 nc
nterometryczny 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
Sposoby kodowania obrazu interferometrycznego nterferencja wiązki z wiązką sprzężoną (biegnącą w przeciwnym kierunku) nterferencja wiązki z wiązką przesuniętą (kątowo lub poprzecznie) nterferencja wiązki przedmiotowej z wiązką odniesienia
nterferometry z podziałem czoła fali np. nterferometr Younga Z podziałem amplitudy np. interferometr Michelsona
nterferometry
nterferometry
nterferometr Fizeau
Pierścienie Newtona
Pomiar współczynnika załamania
nterferometr Macha-Zendera
nterferometr Sagnaca
( x y) U exp R Holografia * ( ikr) U U exp( ikr) * U exp( ikr) A A R A R A R
Hologramy Zapisany obraz obiektu w postaci amplitudy i fazy możliwość pełnego odtworzenia obrazu (głębia paralaksa) nformacja 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
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 07 (rozmiar piksela 8 μm) Pozwala to już dzisiaj tworzyć ruchome hologramy
Hologramy