Laserová hlava: Toto je základní část laserového interferometru, pevná. Obsahuje:
Laser: Produkuje stabilní monochromatické světlo.
Dvě fotodiody: slouží k detekci vráceného interferenčního světla.
Dvojice polovičních zrcadel: slouží k rozdělování a slučování světelných paprsků.
Posuvná jednotka: Tato část se může pohybovat po vodicí kolejnici a je vybavena úhlovým zrcadlem (také známým jako krychlový úhlový reflektor):
Úhlové zrcadlo: Jedná se o speciální zrcadlo sestávající ze tří leštěných ploch, které jsou na sebe kolmé. Bez ohledu na směr přicházejícího světla může odrážet světlo zpět na jeho původní dráhu.
Interferometrie:
Když laserový paprsek svítí na úhlový reflektor a odráží se zpět k laserové hlavě, na fotodiodě se vytvářejí interferenční pruhy.
Posun úhlového reflektoru lze vypočítat elektronickým měřením intenzity interferenčních proužků.
Princip činnosti laserového interferometru
Když laser svítí na poloreflektor P, část světla se odráží o 90° a svítí na druhý reflektor S. Další část světla prochází skrz P a dopadá na rohové zrcadlo. Úhlový reflektor odkloní světlo o 180 stupňů a znovu sjednotí světlo v poloodrazce S. Pokud je rozdíl optických drah mezi dvěma optickými cestami PQRS a PS lichý počet polovičních vlnových délek, pak na S dojde k interferenci, což má za následek nejmenší výstup fotodiody. Pokud je rozdíl optické dráhy sudý počet polovičních vlnových délek, dosáhne se maximálního výstupu fotodiody. To znamená, že kdykoli se pohyblivý posuvník posune o čtvrtinu vlnové délky, rozdíl optické dráhy se stane poloviční vlnovou délkou a výstup fotodiody se změní z maxima na minimum nebo naopak. Sinusový výstup produkovaný fotodiodou je poté zesílen a odeslán do vysokorychlostního čítače, který je kalibrován tak, aby poskytoval posun v milimetrech. Druhá fotodioda snímá směr pohybu jezdce. Tímto způsobem je laserový interferometr schopen změřit posunutí jezdce s extrémní přesností a je schopen identifikovat směr jeho pohybu. Tato metoda je velmi užitečná v aplikacích pro přesné měření a polohování. Laserová interferometrie může využívat různé laserové zdroje, včetně heliových neonových (He-Ne) laserů, hélio-kadmiových (He-Cd) laserů, pevnolátkových laserů (jako je neodymium yttrium aluminium granát Nd:YAG nebo neodymium yttrium lithium fluorid Nd: YLF lasery), polovodičové lasery atd. Typ laseru použitého pro interferometrii závisí na konkrétních požadavcích aplikace, včetně požadované úrovně přesnosti, stability a koherence laserového světla a ceny a dostupnosti laserového zdroje.
Héliový neonový (He-Ne) laser:
Vlastnosti: Nízký výstupní výkon, ale dobrá koherence, vysoká stabilita.
Použití: Vhodné pro přesná měření vyžadující vysokou koherenci.
Helium-kadmiový (He-Cd) laser:
Vlastnosti: Poskytuje vyšší výkon než He-Ne, s dobrou koherencí.
Použití: Vhodné pro aplikace vyžadující vysoký výkon.
Pevné lasery (např. Nd:YAG/Nd:YLF):
Vlastnosti: Vysoký výstupní výkon, může být nepřetržitý nebo pulzní režim práce, odolný.
Použití: Vhodné pro aplikace vyžadující vysoký výkon nebo pro práci v náročných prostředích.
Diodové lasery:
Vlastnosti: malá velikost, nízká spotřeba, snadná integrace, relativně nízká cena.
Použití: Vhodné pro přenosná zařízení nebo nákladově citlivé scénáře aplikací.
Úvahy při výběru laserového zdroje
Při výběru vhodného laserového zdroje je třeba vzít v úvahu následující aspekty:
Požadavky na přesnost: Některé aplikace mohou vyžadovat extrémně vysokou přesnost měření, kdy je nutné zvolit laserový zdroj s dobrou koherencí a vysokou stabilitou.
Stabilita laserového světla: Stabilita laserového zdroje je zvláště důležitá pro dlouhé měřicí úlohy.
Koherence: Interferometrie závisí na koherenci světelných vln, proto je nutné zvolit laserový zdroj s dobrou koherencí.
Cena a dostupnost: Některé vysoce výkonné laserové zdroje mohou být velmi drahé, takže výběr je třeba provést na základě rozpočtu a dostupnosti na trhu.
Aplikace a výhoda
Laserové interferometry mají širokou škálu aplikací, včetně testování tvaru a povrchové úpravy vyráběných dílů, měření deformace konstrukcí při zatížení a měření vzdálenosti mezi objekty v prostoru. Používá se také při detekci gravitačních vln, která se používá k měření extrémně malých změn vzdálenosti způsobených průchodem gravitačních vln. Kromě toho se laserový interferometr používá také ke kalibraci stolu stroje, jezdce a pohybu os souřadnicového měřicího stroje. Jednou z hlavních výhod laserových interferometrů je jejich vysoká přesnost a přesnost. Dokáže dosáhnout přesnosti měření v subnanoměřítku, díky čemuž je ideální pro různé vysoce přesné měřicí aplikace. Laserový interferometr je navíc bezkontaktní, což znamená, že dokáže měřit tvar předmětu, aniž by se dotkl jeho povrchu, což je užitečné pro měření křehkých nebo jemných předmětů.