Règles de mesures de déplacement laser
Les mesures de déplacement à l’aide d’un interféromètre laser permettent d’obtenir la précision d’une mesure de déplacement de 0,4 ppm dans l’air et 0,02 ppm sous vide. L’interféromètre a d’abord été construit par A.A. Michelson en 1881. Le schéma simplifié de l’interféromètre est illustré ci-dessous. Un faisceau lumineux cohérent tombe sur un miroir semi-transparent. Ce miroir divise la lumière en deux faisceaux. Le premier va au bras de référence et se réfléchit depuis le réflecteur Z1; le second va vers le bras de mesure et réfléchit le réflecteur Z2. Les faisceaux réfléchis se rejoignent sur le détecteur. Parce que ces faisceaux proviennent de la même source cohérente, ils vont interférer. Lorsque le réflecteur mobile est déplacé, la fréquence du faisceau réfléchi dans le bras de mesure change. Le détecteur compte la différence de fréquence entre les faisceaux réfléchis – fD. La valeur mesurée du déplacement est calculée selon:
Le principal inconvénient de l’interféromètre de Michelson résulte du fait que le détecteur ne peut pas déterminer, si fD est donc négative ou positive, à partir des mesures le déplacement du réflecteur mobile sans le signe est obtenu. Actuellement, il existe deux méthodes largement utilisées qui permettent d’obtenir également la direction du mouvement. Selon le nombre de fréquences lumineuses (longueurs d’onde) utilisées dans l’interféromètre, la première est appelée méthode homodyne (une fréquence) et la deuxième méthode hétérodyne (deux fréquences). Dans la méthode homodyne, représentée sur la figure ci-dessous, comme source de lumière cohérente, un laser polarisé linéairement est utilisé. S’il s’agit d’un laser à deux modes (c’est-à-dire qu’il génère deux longueurs d’onde), un mode doit être coupé à l’aide d’un polariseur correctement réglé. Le séparateur polarisant divise le faisceau lumineux du laser en deux faisceaux polarisés verticalement (90 °) et horizontalement (0 °). Le premier est dirigé vers le bras de mesure et le second vers le bras de référence. La fréquence du faisceau dans le bras de mesure change avec le mouvement du réflecteur mobile. La polarisation des faisceaux réfléchis est changée en circulaire à l’aide d’une lame d’onde l / 4. Après des polariseurs 0 ° et 45 °, deux signaux déphasés sont obtenus. Le déphasage est de + 90 ° lorsque le bras de mesure se déplace vers et de -90 ° lorsqu’il s’éloigne du laser.
Dans la méthode hétérodyne, illustrée sur la figure suivante, deux fréquences laser sont utilisées. Par conséquent, un laser à deux fréquences est nécessaire, par ex. un laser Zeeman. Un laser à deux modes ne convient pas à l’interféromètre à méthode hétérodyne, car la différence entre f1 et f2 est généralement trop élevée pour un compteur électronique. Le faisceau de sortie d’un laser Zeeman se compose de deux faisceaux polarisés circulairement, l’un polarisé vers la gauche et le second vers la droite. Une lame d’onde lambda / 4 change la polarisation circulaire en linéaire. La principale différence entre les deux méthodes décrites est que dans la méthode hétérodyne, la fréquence du faisceau dans le bras de référence diffère de la fréquence du faisceau dans le bras de mesure. Un chemin de détection est également différent – la soustraction des fréquences différentielles de référence et des bras de mesure effectue la mesure.
La méthode hétérodyne donne des résultats corrects uniquement lorsque fD ne dépasse pas la différence entre les fréquences laser, c’est-à-dire: f2 – f1. En réalité, cette différence, résultant de l’effet Zeeman, est d’environ 1 MHz. Cela limite la vitesse maximale disponible du bras de mesure, dans un sens, à 0,3 m / s. L’inconvénient suivant de la méthode hétérodyne est que deux fréquences doivent être utilisées pour les mesures, tandis que dans la méthode homodyne, la seconde peut être utilisée pour mesurer par ex. un deuxième axe.