Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 4 - TS. Nguyễn Thành Đông

Bài giảng "Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 4 - Các phương pháp đo lường độ dài bằng laser" được biên soạn bao gồm các nội dung chính sau: Đo chính xác độ dài bằng giao thoa kế laser; Sự giao thoa của hai sóng trong trường hợp tổng quát; Sự hình thành vân giao thoa đồng độ nghiêng;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật Laser trong chế tạo cơ khí: Chương 4 - TS. Nguyễn Thành ĐôngChương 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG ĐỘ DÀI BẰNG LASER4.1 Đo chính xác độ dài bằng giao thoa kế laser.4.1.1 Hiệu ứng giao thoa. Hiện tượng giao thoa xảy ra khi hai sóng ánh sángkết hợp gặp nhau tại một điểm Hai sóng ánh sáng kết hợp cần phải phát từ hai nguồnsáng giống hệt nhau ( thường sử dụng hai sóng đượctách từ cùng một nguồn sáng ) 4.1.1.1-Sự giao thoa của hai sóng kết hợp Dao động tổng hợp tại M là tổng véc tơ hai dao độngthành phần đạt tới đó . t d s1 = acos [ 2( - ) + 1 ] 1 T  t d2 s2 = a cos [ 2 (  ) + 2 ] T Giả sử hai dao động cùng phương , do đó độ lớn của dao độngtổng hợp tìm được theo phép cộng đại số:Dao động tổng hợp có cùng chu kỳ như hai dao động thànhphần và có biên độvà do đó cường độ sáng I là là hiệu pha của hai sóng khi gặp nhau tại M Vì (1 - 2 ) / 2 = const , nên sự phân bố độ dọi phụ thuộc vào hiệu đường đi (d2-d1). Quĩ tích những điểm thoả mãn điều kiện d2-d1=constlà các mặt Hypecboloit tròn xoay nhận đường s1s2 làmtrục và nhận s1 , s2 làm các tiêu điểm+ Độ dọi đạt cực đại và I = 4a2 = 4I0 khi hai sóngđồng pha , tức là d2-d1=m với m là số nguyên hayhiệu quang lộ là một số nguyên lần bước sóng + Độ dọi đạt cực tiểu và I = 0 bằng không khi hiệuquang lộ là một số lẻ lần của nửa bước sóng . Hiện tượng khi tổng hợp hai sóng có cùng biên độtần số và có hiệu pha ban đầu không đổi tại một điểmđược gọi là giao thoa ánh sáng. Thực chất giao thoa của sóng là sự phân bố lại nănglượng sáng trong không gian. Muốn sự phân bố đó làổn định trong khoảng thời gian đủ để quan sát được ,thì hiệu pha của chúng phải không đổi ít nhất trongkhoảng thời gian đó .Hai sóng cùng biên độ, tần số và có hiệu pha khôngđổi gọi là hai sóng kết hợp và sóng kết hợp là điêùkiện cần để có giao thoa4.1.1.2 Sự giao thoa của hai sóng trong trường hợptổng quát Khi hai sóng s1 ,s2 có phương bất kỳ , khi đó việc tổnghợp dao động thực hiện bằng phép cộng véc tơ . S = S1 + S2Cường độ của sóng I = S2 =(S1+S2)2 = S12+S22 + 2S1S2Lấy trung bình theo thời gian quan sát , ta có (S2) = (S12) + (S22) + 2S1S2Khi S1 và S2 là sóng phẳng đơn sắc thì (S2)=a 2/2 nênSố hạng 2(S1S2)gọi là số hạng giao thoa , vì nếu nóbằng không thì a2=a12 +a22Cường độ của dao động tổng hợp là tổng đơn giản củacường độ gây ra bởi hai dao động thành phần vàkhông có giao thoa .Vậy điều kiện thứ nhất để có giao thoa là : phương daođộng của hai sóng không vuông góc với nhau .Khi hai sóng đơn sắc dao động cùng phương có tần sốkhác nhau S1 = a1cos(1t-1 ) với 1 =k1d1-01 S2 = a2cos(2t-2 ) với 2 =k2d2-02Khi đó Để quan sát được ảnh giao thoa thì thời gian quan sátt’ phải đủ lớn so với chu kỳ dao động vậy chỉ có tíchphân thứ nhất có thể khác không với điều kiện : - hiệu 1-2 đủ nhỏ và - 02-01 =constVậy điều kiện thứ hai để quan sát được vân giao thoa(tức là hệ vân ổn định trong suốt thời gian đủ để quan sát ) làhai sóng phải có tần số khác nhau không nhiều và cóhiệu pha ban đầu không đổi . Điều đó có nghĩa là phải có sự cộng các sóng kết hợp.Khi hai sóng biên độ phức U1(r) và U2(r) chồng chấtlên nhau , kết quả là một sóng đơn sắc có cùng tần sốvà có biên độ phức U(r) = U1(r) + U2(r)cường độ sóng tổng làBiểu thức cường độ của sóng tổng hợp khi giaothoa giữa hai sóng kết hợp có biên độ khác nhau làTrong trường hợp tổng quát nàyĐại lượng được gọi là độ sâu hay độ rõ của ảnh giao thoa .4.1.1.3 Sự hình thành vân giao thoa đồng độnghiêng : Hiệu quang trình của cặp tia IR và KR1 bằng4.1.1.4 Ảnh giao thoa của vân đồng độ dầy Trong trường hợp dọi sáng vuông góc r = 0 , hai vân liên tiếp ứng với hai bề dày e1 và e2 : 2ne1 = m và 2ne2 = ( m+ 1 )  Và cách nhau một khoảng h= /2nαKhi cho một trong hai gương dịch chuyển, vân sẽ dịchchuyển tùy theo hướng dịch chuyển của vânBằng việc đếm số vân dịch chuyển ta có thể xác địnhđược khoảng dịch chuyển của gương .Giao thoa kiểu Maikenxon4.1.2 Phương pháp đo dộ dài bằng giao thoa kếlaser.Ảnh giao thoa nhận được trên mặt phẳng ảnh M cócường độ sáng I đều nhau trên toàn bộ ảnh giao thoa I=I1+I2+ 2cosTrong đó Gt St CT NguồnLaser S K Sđ Gđ Sơ đồ nguyên lý đo độ St,Sđ xdài bằng giao thoa kế M đ®laser Kết quả của phép biến đổi trên cho thấy:-Chu kỳ ...