Recientemente, leí algo sobre el velocímetro de superficie láser, y después de tener que reconstruir desde cero (proyecto universitario), recibí una pregunta: en la descripción, escribieron que uno de los rayos láser se desplaza alrededor de 40 MHz en comparación con el otro. uno. Con este cambio es posible ver si el dispositivo está funcionando y en qué dirección se mueve la superficie.
Segunda pregunta: ¿Qué tan difícil es crear un dispositivo de este tipo y qué debo considerar?
Para una explicación según lo solicitado:
Este proyecto está hecho para el equipo de carreras de la universidad, el dispositivo debe integrarse en el auto de carreras para su calibración. Tiempo: Siempre si no tengo nada que hacer, Equipo: Puedo usar el equipo de la universidad local aquí, y presupuesto: Espero no necesitar más de lo que está disponible aquí (excepto para la finalización). ¿Es esto factible para un proyecto de un solo hombre (estudiante de maestría, ya construyó algunos interferómetros)?
Ah, y por cierto, la distancia del objeto en movimiento es de 5 a 10 cm, pero la velocidad sube a 30 m/s, por lo que es un gran problema (pensé que solo tenía que usar un fotodetector más rápido (~30 Velocidad de reloj de MHz según las fórmulas en wiki))?
Hay dos formas típicas de generar dos haces de láser con una compensación de frecuencia precisa entre sí.
El primero requiere que tenga un dispositivo especializado conocido como modulador acústico-óptico (AOM) . Estos dispositivos crean una onda de presión estacionaria en un cristal especializado. Esta onda de presión actúa como una rejilla de difracción en la que los diferentes órdenes de difracción se desplazan en frecuencia por dónde es el orden de difracción y es la frecuencia de modulación.
La segunda forma, con la que es más fácil trabajar y más económica si tiene dos láseres pero no AOM, es bloquear en fase los dos láseres entre sí con una compensación. Para hacerlo, combina los dos láseres en un fotodetector rápido y los sintoniza hasta que sus frecuencias estén lo suficientemente cerca como para ver la nota de ritmo. Mezclar electrónicamente ese beatnote con un oscilador de referencia proporciona una señal de error para usar en un circuito de retroalimentación para unir un láser con el otro. Hay una descripción de la técnica aquí .
¿Puedes vincular al documento que has leído, por favor? En general, la reflexión de un objeto en movimiento causará un desplazamiento Doppler proporcional a la velocidad del objeto. Otra forma de verlo es que el movimiento provocará un cambio de fase dependiente del tiempo de la onda incidente, que se mide más fácilmente con un interferómetro.
Entonces, "todo" lo que necesita para medir la velocidad con un láser es un interferómetro, que mide la frecuencia de pulsación de la luz reflejada contra la de la luz directa que proviene del láser. Habiendo dicho eso, el diablo está en los detalles.
Una frecuencia de pulsación de 40 MHz significa que el objeto se mueve a 40 millones de veces la longitud de onda del láser (en realidad, debería haber un factor de dos allí, si no recuerdo mal), así que eso es aprox. 40e6/s*0,5e6m/2=10m/s. Esa es una velocidad bastante alta para un brazo de interferómetro en movimiento y, me atrevería a suponer, que no es una tarea fácil construir una ruta de luz y un detector confiables para ese tipo de escenario, si el objeto se moviera a una velocidad arbitraria de hasta 10 m. /s y si podría alejarse (como en más de unos pocos metros). Como mínimo, es posible que desee utilizar un reflector de esquina en su superficie móvil, si puede.
¿Puede decirnos para qué es ese proyecto universitario y qué tipo de acceso a hardware experimental tiene? ¿Cuál es el presupuesto y cuánto tiempo se le ha dado?
Esto generalmente se logra mediante el uso de moduladores electro-ópticos y acústico-ópticos (EOM y AOM resp.). Estos utilizan las respuestas acústicas y dieléctricas (no lineales) de un cristal apropiado para modular su índice de refracción utilizando una señal externa. Si se usan apropiadamente, se pueden usar para cambiar la frecuencia de un haz óptico en una cantidad aplicando una señal de microondas sinusoidal a una frecuencia .
No estoy completamente seguro del rango exacto de frecuencias que cubren y obviamente depende de la aplicación y los tipos de cristal que requerirá su dispositivo. Los EOM pueden subir hasta el rango de GHz; Los AOM suelen ser más lentos, pero creo que aún pueden satisfacer sus necesidades.
Después de eso, la elección de qué tipo de modulador y qué dispositivo específico es pura ingeniería, es decir, la parte difícil. Desafortunadamente, este no es realmente el sitio para ese tipo de experiencia, pero con suerte esto lo guiará en la dirección correcta.
Esto va, por supuesto, solo hasta el punto de desplazar un láser en una cantidad deseada (y posiblemente variable). Para detectarlo, necesita un espectrómetro que sea lo suficientemente sensible. Sin embargo, si el cambio es muy pequeño (y los cambios de ~MHz son pequeños), es posible que tenga problemas para obtener un espectrómetro que sea lo suficientemente sensible y estable para sus necesidades, especialmente si el entorno es ruidoso.
Si ese es el caso, una cosa que puede hacer es cambiar el concepto de un EOM y usarlo en el extremo final de un interferómetro para detectar frecuencias de latido. El principio aquí es que divide su haz inicial en dos: un haz de referencia que mantiene localmente y un haz de prueba que envía hacia su objeto medido. Luego toma el haz de la sonda reflejado y lo mezcla con su haz de referencia, y el desplazamiento Doppler adquirido en el primero hará que lata con el segundo a los 40 MHz del desplazamiento. Usando exactamente el mismo tipo de cristal no lineal que se usa en los EOM y AOM para obtener la señal de latido como un voltaje de salida medible, que se puede analizar usando la electrónica adecuada. Esta técnica se utiliza, por ejemplo, para utilizar y calibrar peines de frecuencia para espectroscopia de precisión.