قواعد قياسات إزاحة الليزر

تسمح قياسات النزوح باستخدام مقياس التداخل الليزري بالحصول على دقة قياس الإزاحة البالغة 0.4 ppm في الهواء و 0.02 ppm في الفراغ. تم بناء مقياس التداخل لأول مرة بواسطة مايكلسون في عام 1881. ويرد الشكل التخطيطي المبسط لمقياس التداخل في الشكل أدناه. يقع شعاع الضوء المتماسك على مرآة شبه شفافة. تقسم هذه المرآة الضوء إلى شعاعين. يذهب الأول إلى الذراع المرجعية ويعكس من العاكس Z1 ؛ يذهب الثاني إلى ذراع القياس ويعكس شكل العاكس Z2. تلتقي الحزم المنعكسة مرة أخرى على الكاشف. لأن هذه الحزم تأتي من نفس المصدر المتماسك ، فإنها ستتداخل. عندما يتم إزاحة العاكس المتحرك ، يتغير تردد الحزمة المنعكسة في ذراع القياس. يحسب الكاشف فرق التردد بين الحزم المنعكسة – fD. يتم حساب القيمة المقاسة للإزاحة وفقًا لما يلي:

ينتج العيب الرئيسي لمقياس تداخل ميكلسون من حقيقة أن الكاشف لا يمكنه تحديد ما إذا كانت f سالبة أم موجبة ، من القياسات ، يتم الحصول على إزاحة العاكس المتحرك بدون الإشارة. يوجد حاليًا طريقتان مستخدمتان على نطاق واسع تسمحان أيضًا بالحصول على اتجاه الحركة. اعتمادًا على عدد ترددات الضوء (الأطوال الموجية) المستخدمة في مقياس التداخل ، يُطلق على الأول اسم homodyne (تردد واحد) والثاني طريقة heterodyne (ترددان). في طريقة التجانس ، الموضحة في الشكل أدناه ، كمصدر متماسك للضوء ، يتم استخدام ليزر مستقطب خطيًا. إذا كان الليزر ثنائي الوضع (أي أنه يولد طولين موجيين) ، فيجب قطع وضع واحد باستخدام مستقطب مضبوط بشكل صحيح. يقسم فاصل الاستقطاب شعاع الضوء من الليزر إلى شعاعين مستقطبين عموديًا (90 درجة) وأفقياً (0 درجة). يتم توجيه الأول إلى ذراع القياس والأخير إلى ذراع القياس. يتغير تردد الحزمة في ذراع القياس مع حركة العاكس المتحرك. يتم تغيير استقطاب الحزم المنعكسة إلى دائري باستخدام لوح موجي l / 4. بعد المستقطبين 0 درجة و 45 درجة ، يتم الحصول على إشارتين تم إزاحتهما في الطور. يكون إزاحة الطور + 90 درجة عندما يتحرك ذراع القياس إلى و -90 درجة عندما يتحرك من الليزر.

في الطريقة غير المتجانسة ، الموضحة في الشكل التالي ، يتم استخدام ترددي ليزر. لذلك هناك حاجة إلى ليزر ثنائي التردد ، على سبيل المثال ليزر زيمان. لا يعد الليزر ثنائي الوضع مناسبًا لمقياس التداخل بطريقة غير متجانسة ، لأن الفرق بين f1 و f2 عادةً ما يكون مرتفعًا جدًا بالنسبة للعداد الإلكتروني. يتكون شعاع إخراج ليزر زيمان من حزمتين مستقطبتين دائريًا ، أحدهما مستقطب إلى اليسار والآخر إلى اليمين. تغير اللوحة الموجية لامدا / 4 الاستقطاب الدائري إلى خطي. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الطريقتين الموصوفتين في أنه في الحالة غير المتجانسة ، يختلف تردد الحزمة في الذراع المرجعية عن تردد الحزمة في ذراع القياس. يختلف مسار الكشف أيضًا – بطرح الترددات التفاضلية للمرجع وقياس الأذرع يقوم بالقياس.

تعطي الطريقة غير المتجانسة نتائج صحيحة فقط عندما لا تتجاوز fD الفرق بين ترددات الليزر ، أي: f2 – f1. في الواقع ، هذا الاختلاف الناتج عن تأثير زيمان يبلغ حوالي 1 ميجا هرتز. هذا يحد من السرعة القصوى المتاحة لذراع القياس ، في اتجاه واحد ، إلى 0.3 م / ث. العيب التالي لطريقة التغاير هو أنه يجب استخدام ترددين للقياسات ، بينما في طريقة homodyne يمكن استخدام الثاني للقياس على سبيل المثال المحور الثاني.