Uzunlikni aniq o’lchashda interferometriya qonunlarini qo’llash

Uzunlikni aniq o’lchashda interferometriya qonunlarini qo’llash
Optik sirtlarni optik sinov / baholash odatda interferometrlar yordamida amalga oshiriladi. Shunday qilib, bir qator interferometrlar amplituda yoki to'lqin frontining bo'linishi asosida ishlab chiqilgan [1]. Interferentsiya sodir bo'ladi har doim ikkita kogerent nurlar qo'yilganda; ulardan biri mos yozuvlar yuzasi bilan aks ettiriladi va ikkinchisi sinov uzasi bilan. Nyuton konveks orasidagi havo bo'shlig'ida konsentrik chekkalarni ko'rsatdi sirt va tekis sirt. Nyutonning halqalari tebranishlar bilan osonlikcha bezovta bo'ladi va shuning uchun bu usul emas optik sirtlarni muntazam sinovdan o'tkazish uchun ishlatiladi. Fizeau interferometrida mos yozuvlar va sinov kvartiralari mavjud havo bo'shlig'i bilan ajratilgan. Ushbu ikkita kvartiradan aks ettirilgan yorug'lik interferentsiya chekkalarini hosil qiladi. Yosh qo'sh tirqishli tajriba yordamida to'lqin jabhalarini bo'lish orqali interferentsiya chekkalarini ko'rsatdi. Hozirgi kunda shunga o'xshash sozlamalar yorug'lik manbalarining kogerent xususiyatlarini o'lchash uchun ishlatiladi. Albert Mishelson yorug'lik tezligini o'lchash uchun uning nomi bilan atalgan interferometrni sozladi. Keyinchalik, shunga o'xshash interferometr konfiguratsiyasi turli tajribalar uchun ishlatilgan. Twyman-Grin (T-G) interferometri Mishelson interferometrining o'zgartirilgan versiyasi hisoblangan kollimatsiyalangan nurdan foydalanadi. Mach-Zehnder (M-Z) interferometri turli xil eksperimental vaziyatlarga o'zgartirilishi mumkin. Umuman olganda, T-G, M-Z, Fizeau va kesish interferometrlari katta optiklarni sinovdan o'tkazishni osonlashtiradi. yuzalar. Asboblarning aksariyati ikki nurli interferometrlar, Fabry-Pérot (F-P) interferometr ko'p nurli interferentsiyaga asoslangan. Lazerdan oldingi davrda interferometrlardan foydalanilgan yorug'lik manbai sifatida natriy chiroq yoki simob chiroq. Lazerlar paydo bo'lgandan so'ng, ko'pchilik interferometrlar HeNe lazerlari bilan jihozlangan, chunki ular nurlari barqaror lazer manbalarini ishlab chiqaradi. parametrlari ajoyib. F-P etalonlar va interferometrlar lazer dizaynida keng qo'llaniladi bitta rejimli lazer nurlarini kuzatish. To'lqinni loyihalashda Mishelson tipidagi interferometrlar ham qo'llaniladi metr [1]. Gomodin interferometri bitta to'lqin uzunlikdagi lazerdan foydalanadi, heterodin interferometr esa ikki chastotali lazerdan foydalanadi. Ularning ikkalasi ham metrologiya asboblarida qo'llaniladi. Sagnac umumiy ishlab chiqdi yo'l interferometri, bunda ikkita nur qarama-qarshi yo'nalishda harakat qiladi [1]. Sagnac interferometr juda barqaror va shuning uchun u aylanishlarni sezishda ishlatiladi. Hozirgi kunda interferometrlar mumkin bo'sh kosmik optikasi, optik to'lqin o'tkazgichlar yoki optik tolalar yordamida sozlash. Fringe tahlili va fazalarni qidirish raqamli kompyuterlardan foydalanish bilan oson va tezroq bo'ldi. Xususan, o'zgarishlar o'zgarishi va dinamik interferometr texnikasi ommalashib bormoqda. O'sish tezligi va haroratning in situ monitoringi bug 'birikishida, molekulyar nurda juda muhimdir epitaksiya (MBE) va kristall o'sishi [2]. Sirtdagi mikro tartibsizliklar magnitni saqlash imkoniyatlarini cheklaydi ommaviy axborot vositalari. Yuzaki pürüzlülük, shuningdek, tasvirlarning o'lchamlari va optikaning o'lchamlarini cheklaydi elementlar. Skanerli elektron mikroskopga (SEM) asoslangan bir nechta ex situ texnikasi mavjud, ko'ndalang elektron mikroskop (TEM), rentgen nurlari diffraktsiyasi (XRD) va atom kuch mikroskopi (AFM), baholash yoki tavsiflash uchun. Biroq, in situ o'lchovlari uchun, kontaktsiz va buzilmaydigan texnikalarga ustunlik beriladi O'sish tezligi va haroratning in situ monitoringi bug 'birikishida, molekulyar nurda juda muhimdir epitaksiya (MBE) va kristall o'sishi [2]. Sirtdagi mikro tartibsizliklar magnitni saqlash imkoniyatlarini cheklaydi ommaviy axborot vositalari. Yuzaki pürüzlülük, shuningdek, tasvirlarning o'lchamlari va optikaning o'lchamlarini cheklaydi elementlar. Skanerli elektron mikroskopga (SEM) asoslangan bir nechta ex situ texnikasi mavjud, ko'ndalang elektron mikroskop (TEM), rentgen nurlari diffraktsiyasi (XRD) va atom kuch mikroskopi (AFM), baholash yoki tavsiflash uchun. Biroq, in situ o'lchovlari uchun, kontaktsiz va buzilmaydigan texnikalarga ustunlik beriladi. Ko'pgina sanoat muhitlarida harorat muhim parametrdir [3]. ning rivojlanishi harorat sensorlari ikki asrdan ko'proq vaqt davomida doimiy ravishda rivojlanib kelmoqda. Har qanday material kimga tegishli haroratga mutanosib ravishda tez o'zgarib turadigan xususiyat termometr sifatida ishlatilishi mumkin. Bu mulk bosim, hajm, uzunlik, qarshilik, sindirish ko'rsatkichi, rang va boshqalar bo'lishi mumkin. Rezistiv termometrlar elektromagnit shovqinlarga sezgir; termojuftlar korroziy atmosferaga mos kelmaydi, va suyuq termometrlar yuqori haroratni o'lchash uchun mos emas. Bunday og'ir muhitlar chunki yonish yoki jet shleyfini o'rganish ishonchli harorat sensorlarini talab qiladi[3]. Optik pompalanadigan lazerlarda, termal effektlar lazer materiallarining ishlashi va nur sifatini cheklaydi [4]. ning harorati optik material lazer nurining yo'li bo'ylab o'zgarishi mumkin. Bunday holatlar uchun sirt o'rnatiladi termojuftlar nur yo'li bo'ylab aniq material haroratini aniqlamaydi, chunki a harorat gradienti mavjud. Shunday qilib, bunday holatlar uchun muqobil texnikalar talab qilinadi katta yoki kichik harorat o'zgarishlarini o'lchash. Qachonki an'anaviy texnikalar bo'lmasa mos, optik metrologiya texnikasi ishlab chiqilmoqd.Ushbu maqolada optik texnikalar mavjud o'sish tezligi va harorat o'zgarishini o'lchash uchun ko'rib chiqiladi. Yuqori pretsessiya o'lchovlari o'z ichiga oladi faza o'lchovidagi o'zgarishlar [5]. Mishelson, Mach-Zehnder va optik heterodinning qo'llanilishi interferometrlar materialning harorati o'zgarishini in situ o'lchash uchun batafsil tavsiflangan, kristall o'sish tezligini o'lchash va eritmalarning sinishi indeksi va konsentratsiyasining o'zgarishi. Haroratni o'lchash uchun lyuminestsent intensivligi va ishlash muddatiga asoslangan texnikalar ham ko'rib chiqiladi. Ushbu usullar og'ir muhitda va an'anaviy bo'lgan boshqa holatlarda ham foydalidir usullari qo'llanilmaydi. 1.1. O'sish tezligini o'lchash uchun tadqiqotning optik usullari Interferometriya fan va sanoatda, shu jumladan aniq sirt topografiyasida, plyonkada qo'llaniladi o'sish monitoringi, haroratni sezish va konsentratsiyani xaritalash [5]. Umuman olganda, interferometriya mumkin lazer to'lqin uzunligining to'rtdan biridan qalinroq bo'lgan plyonkalarni o'lchash uchun ishlatiladi, ellipsometriya esa yupqa plyonka xarakteristikasi uchun foydalanish mumkin. Ellipsometriyada tushayotgan yorug'likning qutblanishi analizator tomonidan aniqlangan namunadan aks ettirilgandan so'ng aylantiriladi [6]. Faza almashinuvi interferometriya (PSI) [7], vertikal skanerlash interferometriyasi (VSI), Moir interferometriyasi [8] va golografik interferometriya [9] texnikasi kompyuterga asoslangan texnikalar va ularning ma'lumotlarini qayta ishlashdir vaqt tezlashadi [7]. PSIda mos yozuvlar nurining nisbiy fazasi doimiy ravishda o'zgaradi PZT o'rnatilgan oynaga diskret kuchlanishlarni qo'llash va fazaviy siljish interferogrammalari qayd etiladi. ketma-ket. Interferogrammalar CCD kamerasi bilan yozib olinadi va kompyuter o'lchaydi ob'ektni tavsiflash uchun turli faza siljishlari uchun intensivlikning o'zgarishi [7].O'lchov sezgirligi PSI yuqoriroq va konsentratsiya, harorat va zichlikdagi kichik o'zgarishlarni aniqlash mumkin. VSI dan foydalanadi oq yorug'lik va qo'pol sirtlarni xaritalash uchun foydalidir, lekin uning sezgirligi PSI[10] dan kamroq. Lazer reflektor interferometriyasi (LRI) lazer nurlarining intensivligini o'lchashni o'z ichiga oladi. o'sish ostidagi material/plyonkaning old va orqa yuzasi [11]. Film qalinligi va o'sish tezligi bo'lishi mumkin LRI yordamida o'lchanadi. Biroq, sirt pürüzlülüğü va ommaviy assimilyatsiya / aks ettirish, salbiy ta'sir qiladi ba'zi moddiy o'sishdan keyin bu texnikadan foydalanish, chunki u aks ettirishni kamaytiradi va shuning uchun tebranish amplitudasi. Mishelson va Mach-Zehnder interferometrlari o'sish uchun real vaqtda qo'llaniladi xalqaro kosmik stantsiya bortida tezlikni o'lchash va konsentratsiya maydonini o'lchash [12]. Qattiq jismlarning termal kengayishini o'lchash uchun differensial lazerli interferometr usuli qo'llanilgan. bosqichli namuna. Yorug'lik ikkala sirtdan ham aks etadi. 90 ° fazadan tashqarida bo'lgan ikkita chekka signal bir vaqtda nazorat qilinadi [13]. Film qalinligi o'zgartirilgan Mishelson tomonidan o'lchandi interferometr, unda bitta oyna qadam bilan almashtirildi. Ikki tomonlama interferentsiya namunasi olindi unda naqshlar orasidagi siljish tasvirlangan. Naqshlar va bilan substratlardan olingan filmsiz. Film qalinligi siljishdan hisoblab chiqilgan. 1.2. Haroratni o'lchash uchun optik sensorli texnologiyalarni o'rganish 2014 yil, 2 57 tola uzunligi bo'ylab yoki undan ko'p nuqtalar bo'lsa, termal effektlar mahalliy ravishda panjara tebranishlarini keltirib chiqaradi va tarqaladigan impulsli lazer nurlari o'sha nuqtalarda Raman tarqalishiga uchraydi.Anti-Stokesning nisbati Stokes chizig'i intensivligi tolalar haroratini olish uchun ishlatiladi. Tijorat qurilmalari o'lchovi 1 m chiziqli o'lchamlari bilan 700 ° S gacha bo'lgan haroratlar. Fiber Bragg panjarali harorat sensorlari yadroviy energetika ob'ektlarida reaktor yadrosi haroratini kuzatish va ehtimolini oldini olish uchun ishlatiladi yadroviy parchalanishlar [15]. Ultraviyole LEDlar paydo bo'lgandan so'ng, chastota domenining umr bo'yi sezish [16] haroratni o'lchash uchun ishlatilgan. Modulyatsiyalangan yorug'lik (MGts-GHz) manbai qo'zg'atadi namunadagi luminesans. Olingan luminesans ham modulyatsiya qilinadi va fazada siljiydi, hayajonli yorug'lik manbasidan. Detektor chiqishi demodulyatsiya qilinadi va ishlash muddati olinadi o'lchangan faza siljishidan. Differensial luminesans o'lchovida (DLM) o'zgarishlar Namunaning lyuminesans spektri harorat funktsiyasi sifatida kuzatiladi. Spektral ayirish materialning isitilishini yoki sovutilishini aniqlaydi [17]. Ushbu texnika tez va pastki darajaga erishadi millikelvin (mK) o'lchamlari. Yuqori haroratli probning yana bir dizayni optik tolani o'z ichiga oladi Y2O3 yoki boshqa [18]. Elyafning bir uchi aloqada bo'lgan noyob tuproqli ionli qatlam bilan qoplangan o'lchov ostidagi sirt bilan. Elyafning yorug'lik chiqishi tarmoqli filtrdan o'tadi (yoki spektrometr) aniqlanishidan oldin, uning intensivligi namuna haroratiga bog'liq. Ushbu qurilma 400–000 °C haroratni o'lchash uchun foydalidir va hatto reaktiv haroratda ham ishlaydi. va korroziy muhitlar. Tez javob berish vaqti 1 ms va harorat o'lchamlari 1 ° C. Barcha o'zgarishlarga qaramay, barcha muhitlarga mos keladigan universal qurilma yo'q. Shunday qilib, optik metrologiya turli xil ilovalar bilan doimiy ravishda rivojlanmoqda. O'z ichiga olgan har qanday texnika fazani o'lchash chekkalarni hisoblash texnikasidan ko'ra aniqroqdir. Bu erda biz nazariyani ko'rib chiqamiz