Teori
Gerçek interferometre yapımı
Teori
Lazer interferometre kullanılarak yapılan yer değiştirme ölçümleri, havada 0,4 ppm ve boşlukta 0,02 ppm yer değiştirme ölçümünün doğruluğunun elde edilmesini sağlar.
Interferometre ilk olarak A.A. Michelson tarafından 1881’de yapılmıştır. interferometrenin basitleştirilmiş şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Tutarlı ışın yarı saydam bir aynaya düşer. Bu ayna ışığı iki ışına böler. Birincisi referans koluna gider ve Z1 reflektöründen yansır; ikincisi ölçüm koluna gider ve Z2 reflektöründen yansıma yapar. Yansıyan ışınlar dedektörde tekrar buluşur. Bu ışınlar aynı, tutarlı, kaynaktan geldikleri için girişim yapacaklardır. Hareketli reflektörün yeri değiştirilirken, ölçüm kolundaki yansıyan ışının frekansı değişir. Dedektör, yansıyan ışınlar – fD arasındaki frekans farkını sayar. Yer değiştirmenin ölçülen değeri şu şekilde hesaplanır.
Gerçek interferometre yapımı
Michelson interferometresinin ana dezavantajı, dedektörün fD’nin negatif mi pozitif mi olduğunu belirleyememesinden kaynaklanmaktadır, bu nedenle ölçümlerden hareketli reflektörün işaretsiz yer değiştirmesi elde edilmektedir.
Halihazırda, hareketin yönünü de almayı sağlayan yaygın olarak kullanılan iki yöntem vardır. İnterferometrede kullanılan ışık frekanslarının (dalga boylarının) sayısına bağlı olarak birincisine homodin (tek frekans) ve ikincisine heterodin (iki frekans) yöntemi denir.
Aşağıdaki şekilde gösterilen homodin yönteminde, tutarlı bir ışık kaynağı olarak lineer polarize bir lazer kullanılır. İki modlu lazer ise (yani iki dalga boyu üretiyorsa), uygun şekilde ayarlanmış bir polarizör kullanılarak birden fazla mod kesilmelidir. Polarize ayırıcı, lazerden gelen ışın dikey (90°) ve yatay (0°) polarize edilmiş iki ışına böler. İlki ölçüm koluna, ikincisi ise referans koluna yönlendirilir. Ölçüm kolundaki ışının frekansı, hareketli reflektörün hareketi ile değişir. Yansıyan ışınların polarizasyonu, bir l/4 dalga plakası kullanılarak dairesel olarak değiştirilir. 0° ve 45° polarizörlerden sonra fazda kaydırılan iki sinyal elde edilir. Faz kayması, ölçüm kolu lazere hareket ettiğinde +90° ve lazerden hareket ettiğinde -90°’dir.
Bir sonraki şekilde gösterilen heterodin yönteminde iki lazer frekansı kullanılır. Bu nedenle iki frekanslı bir lazer gereklidir, örn. bir Zeeman lazeri. İki modlu bir lazer, heterodin yöntemi interferometre için uygun değildir, çünkü f1 ve f2 arasındaki fark genellikle bir elektronik sayaç için çok yüksektir. Bir Zeeman lazerin çıkış ışını, biri sola, diğeri sağa doğru polarize olan iki dairesel polarize ışından oluşur. Bir lambda/4 dalga plakası dairesel polarizasyonu lineer olarak değiştirir.
Tanımlanan iki yöntem arasındaki temel fark, heterodin olanda referans kolundaki ışın frekansının ölçüm kolundaki ışın frekansından farklı olmasıdır. Algılama yolu da farklıdır – referans ve ölçüm kollarının diferansiyel frekanslarını çıkarmak ölçümü yapar.
Heterodin yöntemi, yalnızca fD lazer frekansları arasındaki farkı aşmadığında doğru sonuçlar verir, yani: f2 – f1. Gerçekte, Zeeman etkisinden kaynaklanan bu fark yaklaşık 1 MHz’dir. Bu, bir yönde ölçüm kolunun maksimum kullanılabilir hızını 0,3 m/s ile sınırlar. Heterodin yönteminin bir sonraki dezavantajı, ölçümler için iki frekansın kullanılması gerektiğidir, homodin yönteminde ise ikincisi, örn. ikinci bir eksen.