Поскольку коллимированный луч всегда находится в фокусе, нельзя ли просто излучать коллимированный луч на разные расстояния по мере движения целевого объекта?

Я разрабатываю интерферометр для эксперимента. Установка состоит из (1) лазерного источника, (2) самого интерферометра (состоящего из оптических компонентов и фотодетекторов) и (3) целевого объекта. Как только лазерный источник излучает в установку интерферометра, он сначала сталкивается с пространственным фильтром. Этот пространственный фильтр преобразует низкокачественный, быстро расходящийся луч лазерного диода в высококачественный коллимированный луч. Как только луч выходит из пространственного фильтра, он входит в светоделитель. Этот светоделитель позволяет части луча излучаться на цель, а части луча углубляться в установку интерферометра. Затем интерферометр зависит от света, отраженного обратно в интерферометр от целевого объекта.

  1. Свет, излучаемый целевым объектом:

введите описание изображения здесь

  1. Свет отражается от целевого объекта обратно в интерферометр:

введите описание изображения здесь

Я видел установки интерферометра с асферической линзой на апертуре интерферометрической системы. Кажется, что асферическая линза ориентирована так, что свет, выходящий (испускаемый) из интерферометра, фокусируется, а свет, входящий (отраженный обратно) в интерферометр, коллимируется. Это показано на этих схемах:

введите описание изображения здесь

(Из https://en.wikipedia.org/wiki/Interferometry#Biology_and_medicine )

введите описание изображения здесь

(Из https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ay/c9ay00369j/unauth )

  1. Свет, излучаемый целевым объектом (теперь включая асферическую линзу):

введите описание изображения здесь

  1. Свет отражается от целевого объекта обратно в интерферометр (теперь с асферической линзой):

введите описание изображения здесь

Однако проблема в том, что расстояние до моего целевого объекта от апертуры интерферометра до целевого объекта варьируется в пределах 10-100 см. Это означает, что если оптика в апертуре интерферометра придает излучаемому лучу фиксированный фокус, как это сделала бы асферическая линза, луч будет не в фокусе при падении на целевой объект. И, таким образом, это снизит производительность моего интерферометра. Следовательно, я не хочу, чтобы оптика на апертуре интерферометра приводила к фиксированному фокусу (например, асферическая линза), поскольку это не могло бы правильно сфокусировать луч для цели с переменным расстоянием.

Но у меня появилась идея обойти это. Так как я использую пространственный фильтр с асферическими линзами (см. слайды 13/14 здесь) сразу после лазерного источника, чтобы коллимировать пучок и довести его до качественного состояния, а так как коллимированный пучок, как я понимаю, всегда в фокусе, нельзя ли просто излучать коллимированный пучок по изменяющимся расстояния по мере движения целевого объекта (как показано на первых двух диаграммах), а не иметь оптику с фиксированным фокусом (асферическая линза) в апертуре интерферометра (как показано на последних двух диаграммах)? Мне кажется, что пока пучок относительно хорошо коллимирован (что должно быть от пространственного фильтра), и пока расстояние не слишком большое (что для 10-100 см не должно be), это будет означать, что луч будет относительно хорошо сфокусирован при падении на целевой объект.

Этот вопрос связан с этим вопросом.

Хороший источник информации по оптическим темам - Энциклопедия RP Photonics
Обратите внимание, что ваш первый пример взят из системы OCT и использует несвязный источник. Если ваш диапазон составляет от 10 до 100 см, вам может быть лучше с системой 3D-изображения с 2 камерами. Система OCT не проста. для этого требуется преобразование Фурье данных детектора.
@PhysicsDave, что вы подразумеваете под «системой 3D-изображения с двумя камерами»? Я не делаю OCT — это была просто примерная диаграмма.
просто погуглите "2-камерный 3D-сканер"... это большой бизнес для индустрии 3D-принтеров. Вы плохо знакомы с камерами, датчиками, спектрометрами, интерферометрами, времяпролетными системами, 3D-сканерами и всеми другими замечательными оптическими системами .... это настоящая смешанная сумка, где каждая система тщательно адаптирована к применению, и каждая система очень ограничена. к его применению.
@PhysicsDave Хм, но какое это имеет отношение к моему вопросу?
«Однако проблема в том, что расстояние до моего целевого объекта варьируется от 10 до 100 см», я предполагаю, что ваш объект отличается по размеру на 90 см? Это звучит как возможность для 3D-сканера, а не для интерферометра.
@PhysicsDave Скажу конкретнее: сам объект неподвижен, но его структура неоднородна, поэтому некоторые точки будут близки к интерферометру (10 см), а другие - дальше (100 см). Но это приложение требует интерферометрии для структурных испытаний, поэтому я не понимаю, откуда берутся камеры.
Итак, структура будет слегка деформироваться, как микрометры, и вы хотите это обнаружить? И вы хотите просканировать много точек на структуре?
@PhysicsDave Да, верно, но я хочу сканировать только одну точку за раз. Это типичный интерферометрический эксперимент по структурным испытаниям, известный как виброметрия.
@PhysicsDave Итак, дело в том, что если бы у меня была асферическая линза в апертуре интерферометра, фокус был бы фиксированным (в зависимости от фокусного расстояния линзы), а это означает, что, когда я нацеливаюсь на разные точки объекта, точка, на которую я нацелен, быстро перестанет быть в фокусе. С другой стороны, наличие асферической линзы в апертуре интерферометра, как я понимаю, приведет к тому, что свет, отраженный от объекта, станет коллимированным (из-за его двояковыпуклой геометрии) при попадании в интерферометр, но я не уверен. уверен, насколько это необходимо/полезно. [...]
[...] Итак, это приводит к моему вопросу о том, могу ли я просто отказаться от асферической линзы в апертуре интерферометра и просто излучать коллимированный луч из светоделителя. Насколько я понимаю, коллимированный пучок всегда находится в фокусе, поэтому, даже если я не могу сфокусировать его до небольшого размера пятна на поверхности объекта, мне интересно, может ли он все еще быть в порядке (хотя, как я уже сказал, я думаю, что я теряю преимущество коллимации отраженного света от целевого объекта, когда он попадает в интерферометр); и это то, что мои вопросы вращаются вокруг.
ИМО. То, что вы пытаетесь сделать, это поверхностная интерферометрия (?), и есть много дорогих систем, которые делают это. Система DYI должна быть возможной, но все же не простой.
@PhysicsDave Да, это просто интерферометр. См. этот en.wikipedia.org/wiki/Laser_Doppler_vibrometer
nist.gov/image/interferometer-compositejpg это пример простого интерферометра... без линз. Если вы используете лазер 1 мкм, а ваш объект смещается 100 мкм, тогда вам нужно иметь возможность обрабатывать данные, чтобы подсчитать, сколько раз интерференция повторялась ... поэтому системы дороги.
по ссылке лазерный допплер.... так он дает скорость а не просто водоизмещение? Это то, что тебе надо?
@PhysicsDave Да, я знаю обо всем этом, но это отдельно от моего конкретного вопроса здесь.
@ThePointer Я удалил свой ответ, потому что теперь понимаю, что это скорее «обзор дизайна», чем отдельный вопрос Physics SE об оптике. Я бы порекомендовал вам удалить все остальные изображения и вместо этого просто нарисовать одну простую диаграмму именно того, что необходимо для вашего вопроса. Спасибо!
@uhoh Я сделаю это. Спасибо!
Привет @ухо. Я отредактировал свой вопрос и внес улучшения, в том числе улучшения диаграмм. Последний абзац содержит мой вопрос.
Где находится детектор в вашей установке? Я этого не вижу. А что за детектор?
Я думаю, что ваш вопрос может быть плохо определен. Я не могу понять, что вы пытаетесь сделать. Вы упомянули виброметрию, я никогда не слышал об этом, но 60 секунд исследования Google говорят мне, что ваша установка не подходит для этой задачи. но я могу ошибаться.
@garyp Детектор не имеет отношения к этому вопросу. Я не пытаюсь быть грубым (я помню, что вы помогли ответить на некоторые из моих вопросов в прошлом, и вы определенно очень хорошо осведомлены (намного более осведомлены, чем я), когда дело доходит до оптики/фотоники), но, учитывая то, что вы здесь сказали, мне кажется, что это может быть за пределами вашей области знаний.
Что ж, за свои 40 с лишним лет работы физиком, занимающимся оптикой, я использовал и сконструировал несколько интерферометров (включая систему ОКТ). Я думаю, я просто не понимаю, что вы пытаетесь сделать,
@garyp В таком случае это должен быть я. Комментарий в интернете сложно сформулировать так, чтобы он не звучал грубо (как бы я его ни читал, он звучит высокомерно и грубо), поэтому приношу извинения за это. попробую уточнить.
@garyp Как вы сказали, это эксперимент по виброметрии. «Целевой объект» — это конструкция, такая как бетонная стена/плита, статуя, какой-либо артефакт и т. д. В такой ситуации мы хотим провести интерферометрию (виброметрию) в разных точках конструкции. Но мы не можем перемещать объект-мишень, а также не можем постоянно перемещаться вокруг самого интерферометра, чтобы луч всегда был в фокусе в точке падения на объект-мишень (при условии фиксированного фокуса). [...]
[...] Таким образом, когда мы сканируем луч интерферометра по конструкции (скажем, путем сканирования точек выше уровня, на котором находится устройство интерферометра), расстояние между интерферометром и целевым объектом (в точке падения нашего луча ) на самом деле меняется (в данном примере увеличивается). Это приводит к проблеме, о которой я упоминал в своем вопросе: создание интерферометра с фиксированным фокусом будет означать, что наш падающий испускаемый луч будет не в фокусе на объекте. И это приводит к моему вопросу в последнем абзаце. Это проясняет ситуацию?

Ответы (1)

Если я понимаю ваш вопрос, вы можете просто использовать коллимированный луч, выходящий из интерферометра. Однако вы четко не указываете, что такое «апертура» интерферометра. Я предполагаю, что вы имеете в виду руку, которая покидает куб светоделителя в 3 часа, это обычно называют «испытательной рукой». Но если вы используете коллимированный пучок, возникает множество проблем, которые могут помешать интерферометру делать то, что вам нужно. Если целевая область, в которую попадает луч тестового рычага, имеет несколько областей, отличающихся по высоте на несколько длин волн, то сигнал обратно в интерферометр будет состоять не из одного, а из нескольких волновых фронтов. Эти множественные волновые фронты могут (т.е. вероятно будут) конструктивно или деструктивно интерферировать. Это означает, что вы получите смешанный результат для интерференционного сигнала.

Если целевая область, в которую попадает луч испытательного рычага, имеет несколько областей, различающихся по углу, обратные лучи будут рассеяны по углу, возвращаясь к интерферометру. Они могут не пройти через интерферометр или не попасть в детектор.

Если ваш источник имеет очень низкую временную когерентность, вам придется переместить эталонное плечо по оси z, чтобы сохранить интерференцию между тестовым и эталонным плечами. Это то, что делает большинство настроек OCT. В общем, любое интерферометрическое измерительное устройство (будь то ОКТ или нет) представляет собой компромисс между разрешением и дальностью. Я бы порекомендовал поискать в литературе, как люди настраивали системы, которые измеряли нужный вам диапазон.

Спасибо за ответ. Я классифицировал «апертуру интерферометра» как дыру/щель/отверстие (в положении «6 часов»), через которое луч выходит, чтобы попасть в целевой объект, а затем снова входит через него. Извините за путаницу. Это меняет ваш ответ?
И, чтобы было ясно, «испытательное плечо» (часть луча, выходящая из светоделителя в положении «3 часа») уходит глубже в интерферометр и сталкивается только с оптическими элементами и фотодетекторами, поэтому эти поверхности однородны. Однако поверхность мишени не будет полностью однородной с точки зрения разницы по высоте на несколько длин волн — это, скажем, не зеркало. [...]
[...] Но даже в этом случае интерферометры часто используются для дистанционных испытаний неоднородных материалов / конструкций, например, при неразрушающем контроле, где что-то вроде бетона было бы сильно неоднородным по нашей метрике разницы в высоте. на несколько длин волн, поэтому я не уверен, насколько большим препятствием это будет на практике.
Ваша номенклатура мне до сих пор не ясна. Рассмотрите светоделитель как центр интерферометра. Выход на 12 часов является эталонным плечом. 3 часа - это тестовая рука. Направление 6 часов от светоделителя - это плечо детектора.
Виброметр (лазерный интерферометр, используемый для измерения вибрации), такой как серия Polytec OFV, фокусирует свет в точку. Так, например, прибор среднего класса имеет пятно размером 25 микрон на рабочем расстоянии 200 мм. В спецификации ничего не сказано, но я подозреваю, что для заданного размера пятна система может выдержать только заданную шероховатость поверхности.
Да, плечо детектора (луч на 6 часов) — это то, что я классифицирую как выходящее из «апертуры интерферометра» — апертура представляет собой отверстие/промежуток.
Какую фигуру вы имеете в виду? На рисунках, которые сделал OP, положение на 3 часа является эталонным рычагом.
@garyp Да, после проверки некоторых заметок я понял, что опорное плечо — это оптический путь, по которому свет идет после основной поверхности разделения, пока он не будет мешать свету от измерительного плеча, тогда как измерительное плечо — это оптический путь свет после основной разделяющей поверхности, которая движется к цели измерения и от нее, прежде чем мешать свету от эталонного плеча, поэтому луч на 3 часа будет эталонным плечом.
Поскольку коллимированный луч всегда находится в фокусе, нельзя ли просто излучать коллимированный луч на разные расстояния по мере движения целевого объекта?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v