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

75567. Життя молоді. Школа у Великобританії, План-конспект уроку з англійської мови для учнів 9-х класів 58.5 KB
  Обладнання: підручник психологічний тест Wht kind of pupil re you HO1 True or Flse H02 Fine the sentences H03 Questions for converstion with ntive spekers H04.Do you like to go to schoolWht kind of pupil re you Do you feel good t school When do lessons begin in your school Is it erly or not How mny lessons do you hve every dy Do you get tired fter lessons When do you hve the longest brek Do you hve snck during the longest brek Where do you hve lunch Do you hve lot of homework every dy You do your homework properly every...
75568. Транспорт у Лондоні та в твоєму місті 61.5 KB
  Students should guess from the context wht biggie mens in ech cse bus quick. Wht is the most relible mens of trnsport in your town Do you know the town you live in very well Cn you give some dvice s to getting round your town Wht number bus trolleybus trm shttle minibus do you tke when you go to the centrl squre centrl Prt etc Wht kind of trnsport do you like best Wht is the usul intervl between trins of the underground From wht time in the morning till wht time t night do trms nd buses run How long does it tke you to get to...
75569. Найбільші бібліотеки світу. Бібліотека Британського музею - одне з визначних місць Лондона 59 KB
  Т: Do you sometimes borrow books from librry Wht do you cll person who works in librry Wht kind of books cn you find there Do you know the origin of the word Librry б Т: Listen nd repet. HO1: Librries The word librry comes from the Ltin word liber mening book This is plce where informtion in print books mnuscripts periodicls nd musicl scores nd in other forms is collected nd rrnged to serve people of ll ges nd interests. Perhps the most fmous librry of tht erly...
75570. Наша шкільна бібліотека. Як англійці пишуть листи 60.5 KB
  Обладнання: підручник комплект Jigsw sentences for Wrmup НО1 зразок написання приватного листа Н02 Jumbled prts of the informl letter H03 текст The rt of LetterWriting H04 True or Flse HO5. Т: The topic of our tody\'s lesson is The wy Englishmen write letters nd The rt of LetterWriting . By the end of the lesson you should be ble: to get cquinted with the lyout of informl letter nd some rules tht you should follow if you wnt to write n interesting letter to your friend; to improve your communictive writing skills; to tlk...
75571. Національні традиції Великобританії, План-конспект уроку з англійської мови для учнів 9-х класів 53.5 KB
  Практикувати учнів у читанні тексту з метою отримання загального уявлення (skimming) та максимально повного й точного розуміння всієї інформації, що міститься в ньому (scanning). Підготувати учнів до самостійного висловлювання про національні традиції Великобританії на основі інформації, що міститься в тексті.
75572. Генрі - великий американський письменник. Контроль позакласного читання 74 KB
  Практикувати учнів в аудіюванні з метою максимально повного та точного розуміння всіє інформації, що міститься в тексті. Проконтролювати підготовку позакласного читання.
75574. Сполучені Штати Америки, План-конспект уроку з англійської мови для учнів 9-х класів 68.5 KB
  Обладнання: підручник географічна карта США граматична таблиця Узгодження часів в англійській мові пісня meric the Beutiful НО1 текст Kthrine Lee Btes H02 True or Flse H03 Keyfcts H04. Т: The topic of our todys lesson is The geogrphicl position of the United Sttes of meric...
75575. Географічне положення Сполучених Штатів Америки, План-конспект уроку з англійської мови для учнів 9-х класів 55.5 KB
  Обладнання: підручник географічна карта США граматична таблиця Узгодження граматичних часів в англійській мові Mtch the pirs НО1; таблиця The Sequence of Tenses H02. Т: The topic of our...