12.5 Лазерный интерферометр (лазерное измерение перемещений)

 

 

Измерения перемещения с использованием лазерного

интерферометра позволяет добиться точности измерения порядка 0.4 ppm ( 0,4 мкм) в воздушной среде и 0.02 ppm (0,02 мкм) в вакууме.

Интерферометр впервые построил А.А. Майкельсон в 1881 г. Упрощенная схема интерферометра показана на рис. 12.5.1.

Когерентный пучок света падает на полупрозрачное зеркало.

Это зеркало раздепяет свет на два луча. Первый устремляется к референционному рефлектору  (отражателю) Z1 и отражается от него Второй луч направляется к подвижному рефлектору Z2 и отражается от него. Отраженные лучи вновь встретятся на детекторе. Так как эти лучи исходят из одного когерентного источника – они будут интерферировать. Когда подвижный рефлектор переместится, частота отраженного луча в измерительном канале изменится. Детектор рассчитывает разность частот отраженных лучей – fD  (рис. 12.5.1). Измеренная величина перемещения

рассчитывается в соответствии с

 

   L = fD* λ//2 = N* λ /2 

                                                                                                                

где: N – количество импульсов,

        λ – длина волны света.

.Майкельсон

 

Рис.12.5.1. Интерферометр  Майкельсона.

 

Конструкция интерферометров

Основной недостатк  интерферометра Майкельсона это то, что детектор не может определить, является ли fD отрицательным или положительным. Таким образом измерения смещения движущегося отражателя получаются без знака.

Используются две схемы, которые позволяют определить  направление движения отражателя. В зависимости от количества частот  (длин волн света), применяемых в интерферометре, одна схема называется гомодинной (одна частота),  вторая- гетеродинной (две частоты).

В гомодинном методе, показанном на рис. 12.5.2, в качестве

когерентного источника света используется линейно поляризованный (одночастотный) лазер. Поляризационный сплиттер (фильтр) разбивает

световой луч исходящий от лазера на два пучка поляризованных вертикально (90°) и горизонтально (0°). Первый направлен по измерительному каналу, а позже попадает в референционный канал. Частота луча в измерительном канале меняется вместе с перемещением рефлектора. Поляризация отраженных

лучей меняется на кругообразную с использованием /4 волновой пластинки. После 0° и 45° поляризаций, получаются два сигнала, сдвинутых по фазе. Сдвиг по фазе +90o получаем когда происходит перемещение в измерительном канале и -90o,  когда перемещение происходит от_лазера._

Майкельсон-1

Рис. 12.5.2. Блочная схема  интерферометрара работающего по гомодинамическому принципу