Измерение сверхмалых масс
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
офильтров. В частности, для подавления излучения с длиной волны 532 нм в схему экспериментальной установки были добавлены два красных фильтра.
Рисунок 13. Зависимость xувствительности фотоприемника PDA10CS
Фильтр f2 устанавливался между светоделителем S и фокусирующей линзой L1, он не допускал попадания импульса зеленого лазера в ИК-лазер и в объектный пучок интерферометра. Фильтр f3 плотно закреплялся на фотоприемнике для подавления рассеянного, а так же прошедшего через фильтр f2 излучения импульсного лазера.
Рисунок 14. Спектр пропускания красного фильтра
Другая проблемма связанна с тем, что на выходе импусльного лазера кроме излучения с длиной волны 532 нм, содержится так же излучение с длиной волны 1064 нм, используемое в накачке лазера (рисунок 15). Данный лазерный импульс в значительной мере искажал регистрируемые данные, так как в адаптивном интерферометре использовалось излучение с такой же длиной волны (1064 нм). Для подавления длины волны 1064 нм импульсного лазера был установлен дополнительный светофильтр f1, спектр пропускания которого показан на рисунке 16.
Рисунок 15. Спектр излучения импульсного лазера Quantel Ultra Diamond
Рисунок 16. Спектр пропускания зеленого фильтра
Благодаря использованию светофильтров на осциллограммах регистрируемых сигналов исчезли сильные выбросы, связанные с перегрузкой фотоприемника, что положительно сказалось на последующей обработке сигнала и получении Фурье спектров.
Одним из наиболее важных параметров адаптивного интерферометра является частота отсечки, обратно пропорциональная времени записи голограммы в кристалле [11]. Для выбранного образца кристалла и длины волны излучения время записи определяется интенсивностью излучения (обратно ему пропорционально). Увеличение интенсивности может быть достигнуто двумя способами: увеличение мощности оптического излучения или уменьшение поперечных размеров светового пучка за счет фокусировки. Первый способ в данной экспериментальной установке не приемлем, так как использование мощного лазерного излучения может повредить исследуемые образцы. Уменьшение же поперечных размеров световых пучков сталкивается с проблемой уменьшения эффективной длины их взаимодействия в кристалле вследствие расхождения, что не существенно для широких пучков. В настоящей работе для увеличения длины взаимодействия лазерных пучков в качестве фокусирующей линзы L3 на рисунке 12а и 12б использовалась цилиндрическая линза с фокусным расстоянием 160 мм. Расположение фокусирующих линз было подобранно таким образом, чтобы объектный и опорный лазерный пучок пересекались точно в месте их максимальной фокусировки.
4.1.2 Исследуемые объекты
В работе выполнена оптимизация экспериментальной установки и автоматизированного программно-аппаратного комплекса в процессе исследования детектирования колебаний тестовых образцов. В качестве одного из таких образцов использовано кварцевое волокно, показанное на рисунке 17. Тестовый образец имел гладкую ровную поверхность и известный диаметр - 125 мкм. Объектный пучок интерферометра фокусировался на торец волокна.
Рисунок 17. Торец исследуемого кварцевого световода с поперечным сечением 125 мкм
Рисунок 18. Снимок исследуемого образца с диаметром 16 мкм
Рисунок 19. Снимок исследуемого объекта с диаметром 2 мкм
С целью определения минимальных размеров, которые могут иметь исследуемые объекты, в качестве тестовых образцов были использованы вытянутые кварцевые световоды диаметром 16 мкм и 2 мкм без дополнительных отражающих покрытий. Отношение мощности отраженного от объекта излучения и излучения направляемого на объект не превышало 4%. Тем самым моделировалось исследование слабоотражающих и полупрозрачных объектов. Для исследования собственных колебаний микрообъектов были выбраны кантилеверы, применяемые в атомно-силовых микроскопах. Кантилеверы жестко закреплялись на системе трехкоординатного позиционирования так, чтобы можно было легко подводить излучение с обеих сторон.
Рисунок 20. Снимок кантилевера с помощью оптического микроскопа Hirox KH-7700
В таблице 1 приведены геометрические параметры кантилеверов и диапазоны значений жесткости и собственной частоты колебаний (значения взяты из данных предоставленных производителем).
Таблица 1. Параметры используемых кантилеверов
тип:IIIдлина L450 мкм180 мкмширина w45 мкм22 мкмвысота Th2 мкм20 мкмвысота зонда H12-16 мкм15-20 мкмупругость k0,02-0,8 Н/м0,5-9 Н/мчастота колебаний5-25 кГц170-196 кГц4.2.3 Исследование малых колебаний микрообъектов
При оптимизации работы экспериментальной установки исследовано кварцевое волокно известного диаметра, торец которого показан на рисунке 17. Для этого волокна получены зависимости интенсивности лазерного пучка, принимаемого фотоприемником, от положения образца относительно объектного пучка.
Поперечный диаметр светового поля составил 150 мкм (по уровню 1/e), что с учетом диаметра сканирующего пучка в месте максимальной фокусировки равного 32 мкм, находится в хорошем соответствии с диаметром волокна (125 мкм). Это позволяет заключить о правильной работе экспериментальной установки и корректности получаемых данных.
Для исследования работы экспериментальной установки в режиме регистрации колебаний использовались образцы, показанные на рисунке 18 и 19