Interferometria

Interferometria to technika diagnostyczna i badawcza wykorzystująca zjawisko interferencji fal. Gdy dwie lub więcej fal nakłada się na siebie w punkcie przestrzeni, obserwuje się, że natężenie fali wynikowej w tym punkcie może różnić się od sumy natężeń fal początkowych. Do analizy powstałej fali, a raczej prążków interferencyjnych, wykorzystywane są przyrządy zwane interferometrami.

W szczególności laserowa interferometria optyczna jest potężnym instrumentem, który umożliwia pomiar odległości, prędkości, przemieszczeń i drgań z niezwykłą dokładnością i powtarzalnością. Technika ta jest zatem kompatybilna z analizami od metrologii przemysłowej po telemetrię kosmiczną, od fizyki plazmy po sejsmologię.

Lasery odgrywają kluczową rolę w interferometrii, technice wykorzystywanej do pomiaru bardzo małych odległości, nieregularności powierzchni lub zmian współczynnika załamania światła z niezwykłą precyzją. Typy laserów powszechnie stosowanych w interferometrii obejmują lasery He-Ne, lasery diodowe i lasery ze stabilizacją częstotliwości, z których każdy charakteryzuje się spójnością, stabilnością długości fali i jakością wiązki.

Lasery He-Ne (helowo-neonowe) są jednymi z najczęściej wykorzystywanych w zastosowaniach interferometrycznych ze względu na ich doskonałą długość koherencji, stabilność wiązki i niski poziom szumów. Działające zazwyczaj przy długości fali 632,8 nm, lasery He-Ne zapewniają czystą, stabilną wiązkę idealną do precyzyjnych pomiarów w metrologii optycznej, profilowaniu powierzchni i wykrywaniu przemieszczeń. Ich stała moc wyjściowa sprawia, że są one standardowym wyborem dla laboratoryjnych interferometrów i systemów kalibracyjnych.

Lasery diodowe są również powszechnie stosowane w interferometrii, zwłaszcza w systemach przenośnych, kompaktowych lub wrażliwych na koszty. Chociaż ich długość koherencji jest zazwyczaj krótsza niż w przypadku laserów He-Ne, lasery diodowe można zaprojektować w celu poprawy wydajności i stabilności długości fali. Są one często stosowane w interferometrach światłowodowych, biosensorach i charakteryzacji MEMS, gdzie rozmiar, przestrajalność i integracja są kluczowymi zaletami.

Lasery ze stabilizacją częstotliwości są wykorzystywane w precyzyjnych układach interferometrycznych, zwłaszcza w badaniach naukowych i zaawansowanej inżynierii. Lasery te utrzymują bardzo wąską szerokość linii i wysoce stabilną częstotliwość wyjściową, co jest niezbędne w ultraczułych zastosowaniach, takich jak wykrywanie fal grawitacyjnych (np. LIGO), precyzyjna spektroskopia i metrologia wymiarowa. Lasery ze stabilizacją częstotliwości mogą być oparte na źródłach gazowych, diodowych lub półprzewodnikowych, w zależności od wymaganej długości fali i zastosowania.

Wybór lasera w interferometrii zależy od wymaganej czułości pomiaru, stabilności środowiskowej i konfiguracji systemu. Lasery He-Ne są często używane do klasycznych precyzyjnych konfiguracji, lasery diodowe do kompaktowych i elastycznych rozwiązań, a lasery ze stabilizacją częstotliwości do najbardziej wymagających pomiarów interferometrycznych.