75372

Интерферометр Майкельсона

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Время измерения определяется только пропускной способностью электронного тракта и может составлять сотые доли микросекунды скорость счета полос 100 МГц что соответствует скорости приращения L 16 м с. Минимальную погрешность измерения расстояния определяет дискрета счета. Частота частотной модуляции аналогично частоте фазовой модуляции ограничивает время измерения. Тогда время однократного измерения фазы определяется временем задержки фазоизмерительного устройства и составляет для современных ЛИС около 10 мкс.

Русский

2015-01-12

476.5 KB

10 чел.

Интерферометр Майкельсона

Лазерный интерферометр со счетом полос на основе квадратурных сигналов

Квадратурными называют два сигнала, содержащие информацию об одной и той же L но сдвинутые по фазе на /2. Фиксируя пересечения сигналами среднего уровня, измеряют приращения L c точностью (дискретой) /4. Знак каждой дискреты определяют по фазовому сдвигу между сигналами, который в зависимости от направления изменения L равен /2 или 3/2.

Плоскость поляризации излучения одночастотного лазера 1 составляет угол 45о с плоскостью чертежа. Фазовая пластина /8 вносит в интерферометр, образованный светоделительной призмой и отражателями, разность фаз, равную /4, для составляющих излучения лазера, поляризованных параллельно и перпендикулярно плоскости чертежа. Поляризационная призма - куб (polarizing beam splitter) разделяет эти составляющие. В результате интерференционные сигналы I1 и I2 на фотоприемниках 6 сдвинуты по фазе на /2.

Метод счета полос на основе квадратурных интерференционных сигналов не ограничивает скорость изменения и максимальное значение диапазона измеряемых расстояний. Время измерения определяется только пропускной способностью электронного тракта и может составлять сотые доли микросекунды (скорость счета полос 100 МГц), что соответствует скорости приращения L 16 м/с. Измеряемые расстояния превышают десятки метров. Минимальную погрешность измерения расстояния определяет дискрета счета.

Лазерный интерферометр со счетом полос на основе частотной модуляции

Двухчастотный лазер 1 излучает две волны с частотами 1 и 2, одна из которых поляризована параллельно, а другая - перпендикулярно плоскости чертежа.

Светоделитель 2 отклоняет часть излучения каждой частоты для формирования опорного сигнала I0. Поляризационная призма-куб 3 разделяет составляющие излучения разных частот и направляет их в разные плечи интерферометра. Пластины /4 - позиция 7, оптические оси которых составляют угол 45о с плоскостью чертежа, меняют состояние поляризации дважды прошедших пучков на ортогональное. Поляризационная призма-куб 3 обеспечивает суперпозицию пучков, возвращенных отражателями 4 и 5, в направлении I1. После поляризаторов 6, ось пропускания которых составляет угол 45о с плоскостью чертежа, в результате интерференции пучков с разными частотами образуются опорный I0 и измерительный I1 сигналы биения.

Поскольку номенклатура двухчастотных лазеров и значения разности частот, которые они обеспечивают, ограничены, в качестве источника излучения часто используют одночастотный лазер, сдвигая частоты ортогональных составляющих его излучения акустооптическими модуляторами, которые устанавливают на входе, выходе или в одном из плечей интерферометра. В этом случае опорный сигнал I0 может быть получен непосредственно из модулирующих сигналов, подаваемых на акустооптические модуляторы.

Частота частотной модуляции, аналогично частоте фазовой модуляции, ограничивает время измерения. Однако при использовании акустооптических модуляторов она может быть установлена достаточно большой, чтобы этим ограничением можно было пренебречь. Тогда время однократного измерения фазы определяется временем задержки фазоизмерительного устройства и составляет для современных ЛИС около 10 мкс.

Так как ЛИС на основе частотной модуляции обеспечивают время измерения на порядок меньше, чем ЛИС на основе фазовой модуляции, допустимые скорости изменения L в них на порядок выше. Эти ЛИС считаются в большей степени подходящими для высокоточных измерений в реальном масштабе времени. При равной погрешности они имеют несколько больший диапазон измерения L.

На основе методов прямого измерения фазы разрабатывают ЛИС для измерения медленно меняющихся во времени и незначительных по величине расстояний с высокой точностью. Основная область применения таких ЛИС - контроль профиля и шероховатости поверхностей, в том числе оптических. Другая обширная сфера применения - интерференционные датчики физических величин, изменение которых можно преобразовать в изменение геометрической или оптической разности хода интерферирующих лучей (давление и влажность атмосферы, температура, напряженность электрического и магнитного полей и др.). Частотную модуляцию интерференционного сигнала обеспечивают путем суперпозиции двух волн разной оптической частоты.

Метод счета полос на основе частотной модуляции, также как и на основе квадратурных интерференционных сигналов, не ограничивает максимальное значение измеряемых расстояний, которые в известных ЛИС достигают 100 м.

ЛИС со счетом полос применяют для измерения больших расстояний и быстрых линейных перемещений с интерференционной точностью.

Благодаря достигнутому уровню технических характеристик и высокой надежности они находят широкое применение в метрологии (аттестация станков и технологического оборудования, поверка вновь разрабатываемых инструментов измерения расстояний и т.д.). Очень перспективная область их применения - преобразователи линейных перемещений координатно-измерительных систем станков и технологического оборудования.

                             (1)

Принцип измерения расстояний и перемещений с помощью

интерферометра Майкельсона

Квадратурные сигналы: ,  

а)

б)

1,

2

2

Интерференционная картина наблюдается с помощью зрительной трубы T и зависит от юстировки зеркал и от характера пучка света, падающего на прибор. Разность хода удобно оценивать, заменив зеркало M2 его мнимым изображением M2I в полупрозрачной пластинке P1.

С помощью юстировочных винтов W1 можно изменять угол между этими плоскостями, в частности их можно устанавливать строго параллельно друг другу. Вращая микрометрический винт W2, можно плавно перемещать зеркало M2, не меняя его наклона. При строго параллельном расположении плоскостей M1 и M2I и слегка расходящемся пучке света в поле зрения прибора наблюдаются полосы равного наклона в виде колец.

Если падающий пучок параллелен, а плоскости зеркал M1 и M2I образуют угол не равный нулю, то в поле зрения прибора наблюдаются прямолинейные полосы равной толщины, расположенные параллельно линии пересечения плоскостей M1 и M2I . Смещение картины на одну полосу соответствует перемещению зеркала M2 на половину длины волны.

Если интерферометр настроен на полосы бесконечной ширины (т.е. угол между интерферирующими пучками равен нулю), то при перемещении одного из зеркал M1 или M2 вдоль оси падающего на него пучка света результирующая интенсивность I будет периодически меняться с изменением разности хода лучей.

Регистрируя число N (число полных периодов изменения интенсивности) и зная значение  длины волны, можно выразить перемещение зеркала через длину волны.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38676. Построение структурной модели Софроницкого месторождения с использованием 3D моделирования 4.42 MB
  Литологостратиграфическая характеристика Геологический разрез Софроницкого месторождения Забродовской площади изучен по данным структурных поисковых и разведочных скважин до глубины 1780 м скважина №252 и представлен от четвертичных отложений до турнейских отложений. на структуре пробурено 4 скважины до отложений турнейского яруса: поисковые 229; разведочные 230 238 252. Максимально вскрытая глубина 1790 м скв. Все скважины в консервации.
38678. Использование лекарственных растений в производстве макаронных изделий 1.43 MB
  Целью данной работы явилось изучение возможности использования лекарственного растительного сырья как источника биологически активных пищевых веществ (БАВ) при производстве макаронных изделий диетического назначения. В связи с этим изучено влияние сборов лекарственных растений на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки, реологические показатели макаронного теста, качество готовых макаронных изделий
38679. АСПЕКТЫ ПСИХИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГЕОМЕТРИИ ФОРМЫ ПРОСТРАНСТВА ИНТЕРЬЕРА НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА 638 KB
  Стремления заказчиков архитектурных объектов к упрощению формы к ее удешевлению как постройки приводят к общему упадку архитектуры как духовной среды. Но пока осталась в большей степени за кадром тема взаимодействия человека и архитектурной формы как геометрического объема. Тем не менее знания о воздействии архитектурной формы в особенности же архитектурнопространственной формы как интерьерного пространства где современный человек проводит большую часть своего времени на его внутренний мир его психическое состояние очень важны для...
38680. ДЕФОРМАЦИЯ ТОНКОЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ 3.88 MB
  ТЕХНОЛОГИИ РАЗМЕРНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ. Физические основы лазерной обработки. Физическая модель лазерной обработки. Физические явления ограничивающие качество лазерной обработки.
38681. Социально – психологические факторы формирования профессиональной установки молодежи на ССУЗ технического профиля 742.5 KB
  Влияние престижа профессии на установки молодежи. Основные направления ориентации на рабочие профессии. Все чаще при выборе профессии заметную роль играют: желание завоевать определенное социальное положение и мотив материальной заинтересованности. намерения значительной части выпускников школ недостаточно соотносятся с потребностью общества в квалифицированных рабочих в следствие чего неудовлетворенность выбором профессии смена профессии текучесть кадров молодых рабочих.
38682. Программа повышения конкурентоспособности на примере одного из молочных предприятий края Закрытого акционерного общества «Вемол» 855.5 KB
  В настоящее время все большее количество исследователей уделяют внимание вопросам изучения конкурентоспособности продукции отдельных компаний городов регионов стран технологий работников и даже научнометодических документов и нормативных актов. Конкуренция: вынуждает производителей реагировать на изменение предпочтений потребителей а также на изменения макроэкономического характера; вынуждает производителей постоянно искать и находить новые виды товаров и услуг которые нужны потребителям и могут лучшим образом удовлетворить их...
38683. Как писать диссертацию 141.5 KB
  Магистерская диссертация после защиты которой студенту присваивается квалификация магистр сельского хозяйства должна не только выявить уровень знаний выпускника но и определить его способность к владению навыками самостоятельной научноисследовательской работы умение формулировать и решать научные задачи выбирать методы исследования обрабатывать полученные данные вести библиографическую работу представлять научную продукцию в форме отчетов статей анализировать технологии производства и разрабатывать модели устойчивого развития...
38684. ИССЛЕДОВАНИЕ Я-КОНЦЕПЦИИ УЧАЩИХСЯ ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА КАК СРЕДСТВА КАЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 182 KB
  Штейнера в образовательном процессе; важностью формирования Яконцепции для регуляции всех форм активности организации поведения коммуникации деятельности включая познавательную деятельность; проблемой зависимости содержания Яконцепции учащихся подросткового периода взросления от принципов построения школьного обучения и воспитания; отсутствием экспериментальных исследований направленных на выявление характера связи между различными образами Я в единой структуре Яконцепции. В качестве основания оценивания работы образовательной системы...