Korrigierter optischer Aufbau

Wie die Strahlen in einem heterodynen LDV laufen.

Das freigegebene statische Schema legt die optische Reihenfolge fest. Die interaktive Wellenansicht darunter zeigt, wie die Objektbewegung die Rücklauf-Wellenlänge verändert und wie Rücklauf- und Referenzwelle eine Detektor-Schwebung erzeugen.

Statisches Schema + interaktive Wellenanimation

Korrekte Strahlfolge und Komponentenreihenfolge

Das folgende statische Schema ist die aktuell freigegebene Vorschauversion und jetzt direkt in die Website integriert. Es zeigt den vereinfachten optischen Weg mit korrigierter Orientierung der Strahlteiler: Strahlteiler 1 lenkt einen Teil des Strahls nach oben in den Referenzpfad, Strahlteiler 2 lenkt den Rückstrahl nach oben zu Strahlteiler 3, und Strahlteiler 3 kombiniert Rückstrahl und Referenzstrahl vor dem Fotodetektor.

Website-Prototyp v140 · kompakt statisch + interaktiv

Korrigiertes statisches Schema eines heterodynen Laser-Doppler-Vibrometers im Dark Mode. — Freigegebenes statisches Phase-A-Schema mit korrigierter Orientierung der Strahlteiler und durchgehenden Strahlpfaden. Die Seite wechselt jetzt zwischen eigenen Zeichnungen für Dark und Light Mode.

Korrigiertes statisches Schema eines heterodynen Laser-Doppler-Vibrometers im Light Mode. — Freigegebenes statisches Phase-A-Schema mit korrigierter Orientierung der Strahlteiler und durchgehenden Strahlpfaden. Die Seite wechselt jetzt zwischen eigenen Zeichnungen für Dark und Light Mode.

Frequenzangaben im SchemaFarb- und Frequenzlegende ein- oder ausklappen.

Ausgehender Messstrahl

Verlässt Strahlteiler 1 als f₀ und wird nach der Bragg-Zelle zu f₀ + f_B.

Rückstrahl

Kehrt vom bewegten Messobjekt als f₀ + f_B ± f_D zurück.

Referenzstrahl

Verlässt Strahlteiler 1 unverändert als f₀ und läuft über den Spiegel zu Strahlteiler 3.

Detektor-Schwebung

Am Fotodetektor ist das gemischte Signal f_B ± f_D.

Objektbewegung

Die Bewegung des Messobjekts ist die physikalische Quelle des Doppler-Terms f_D.

Lichtweg lesenDen optischen Weg Schritt für Schritt ein- oder ausklappen.

1
Laserquelle
Der Laser startet mit f₀ und tritt in Strahlteiler 1 ein.
2
Referenzstrahl
Ein Zweig wird nach oben gelenkt, am Spiegel reflektiert und läuft als Referenzstrahl f₀ zu Strahlteiler 3.
3
Messstrahl + Bragg-Zelle
Der untere Messstrahl passiert die Bragg-Zelle und wird zu f₀ + f_B, bevor er Strahlteiler 2, die Linse und das Messobjekt erreicht.
4
Rückstrahl
Das vom bewegten Messobjekt reflektierte Licht kehrt als f₀ + f_B + f_D zurück und wird von Strahlteiler 2 nach oben zu Strahlteiler 3 geführt.
5
Fotodetektion
Am Fotodetektor interferieren der Referenzstrahl f₀ und der Rückstrahl f₀ + f_B + f_D; daraus entsteht die Schwebung f_B + f_D.

KomponentenreihenfolgeDie vollständige Komponentenfolge anzeigen.

Komponentenreihenfolge

Laser → Strahlteiler 1 → {Referenzstrahl → Spiegel → Strahlteiler 3 → Fotodetektor} + {Messstrahl → Bragg-Zelle → Strahlteiler 2 → Linse → Messobjekt → Rückstrahl → Strahlteiler 2 → Strahlteiler 3 → Fotodetektor}

Interaktive Wellenansicht

Verfolgen Sie die laufenden Wellen vom Laser zum Messobjekt und zurück. Mess- und Referenzfeld laufen stets vom Laser weg. Das Rücklauffeld läuft stets vom bewegten Messobjekt über Strahlteiler 2 zu Strahlteiler 3; die Bewegung des Messobjekts verändert den Abstand der Wellenberge, nicht deren Laufrichtung. Das überlagerte Licht läuft anschließend zum Fotodetektor.

Live-Wellenansicht

Schwingungsamplitude 200 nm

Schwingungsfrequenz 200 Hz

Laserwellenlänge

Animationsgeschwindigkeit 1.00×

Biologische Voreinstellungen:

Auslenkung zum Sensor0.0 nm

Geschwindigkeit in Strahlrichtung0.000 mm/s

Doppler-Verschiebung0.00 kHz

Detektor-Schwebung40 MHz + 0.00 kHz

1 · Das Licht läuft vom Laser weg

Die Messwelle läuft vom Laser zum Messobjekt, während die Referenzwelle nach oben und anschließend nach rechts zu Strahlteiler 3 läuft.

2 · Die Objektbewegung verändert den Abstand, nicht die Richtung

Bewegt sich das Messobjekt zum Sensor, werden aufeinanderfolgende Wellenberge des Rückstrahls zusammengedrängt; bewegt es sich weg, werden sie auseinandergezogen. Eine verzögerte Wellenhistorie sorgt dafür, dass jeder Wellenberg stets vom Messobjekt zurück zu Strahlteiler 3 läuft.

3 · Überlagerung erzeugt die Detektorschwebung

Nach Strahlteiler 3 laufen die cyanfarbene Referenzkomponente und die rosafarbene Rücklaufkomponente gemeinsam nach rechts. Ihre violette Summe wächst und schrumpft durch konstruktive und destruktive Interferenz.

Didaktische Darstellung: Optische Wellenlängen, Bragg-Verschiebung, Doppler-bedingte Wellenlängenänderung und Schwebungsrate sind bewusst überhöht und nicht maßstäblich dargestellt. Der Regler für die Animationsgeschwindigkeit verändert nur die Wiedergabegeschwindigkeit, nicht die berechneten physikalischen Werte.

Die Bragg-Zelle verschiebt den ausgehenden Messstrahl

Im freigegebenen vereinfachten Aufbau durchläuft der untere Messstrahl die Bragg-Zelle, bevor er das Messobjekt beleuchtet.

Die Objektbewegung verändert das zurückkehrende Licht

Der Rückstrahl enthält den festen Bragg-Offset und den geschwindigkeitsabhängigen Doppler-Beitrag: f₀ + f_B ± f_D.

Der Detektor misst die Interferenzschwebung

Strahlteiler 3 überlagert den unveränderten Referenzstrahl und den Rückstrahl. Ihre Frequenzdifferenz erzeugt die detektierbare Schwebung f_B ± f_D.

Modellkonventionen in dieser statischen Phase

Dies ist ein vereinfachter Einzelpunkt-Heterodyn-LDV-Aufbau, zur Klarheit gezeichnet und nicht als exakte mechanische Verpackung.
Die Farben trennen optische Rollen, nicht absolute physikalische Wellenlängen oder Detektorempfindlichkeiten.
Der Bewegungs-Pfeil am Messobjekt markiert die Quelle von f_D; zur Veranschaulichung zeigt diese statische Phase den Fall eines positiven Doppler-Beitrags +f_D.
Das genaue Vorzeichen in f₀ ± f_D hängt von der Bewegungsrichtung des Messobjekts relativ zur optischen Achse ab.

Korrektheit und Grundlage

Statische und interaktive Ansicht folgen dem freigegebenen Schema aus den bereitgestellten Referenzen und den zuvor für dieses Projekt geprüften LDV-Quellen.

Die bereitgestellten Schema-Referenzen und iterativen Korrekturen zu Strahlteiler-Orientierung, ausgehendem Messpfad, Referenzpfad, Rücklauf, Rekombination und Fotodetektion.
Zuvor bereits für dieses Projekt berücksichtigte LDV-Erklärungsmaterialien von Polytec sowie ein metrologischer Bezug von NIST / Acta IMEKO.
Der von dir verlinkte YouTube-Clip wurde als zusätzlicher Kontext für die einfache Erklärung gewertet; der Inhalt des Videos konnte in dieser Umgebung jedoch nicht direkt inspiziert werden.

← Zurück zu Methoden