Improved displacement estimation in homodyneMichelson interferometers

Abstract

Laser-interferometri er en måleteknikk hvor man kan finne endringer i distanse ved hjelp avforstyrrelses mønstre som oppstår på laser-strålen igjennom systemet. Interferometri har blantannet bruksområder innen topografi hvor INSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) eranvendt i satellitter i bane rundt jorden for å kartlegge endringer på jordoverflaten over perioder[1]. Homodyne Michelson interferometer er noe mindre komplekst- og har en annerledes oppbygn-ing enn INSAR, men prinsippet går ut på det samme. I denne oppgaven blir Heydemann-metodenbrukt for å kompensere for støy slik at presisjonen av distanse-endringen gjennom det homodyneMichelsons interferometer blir forbedret. Fokuset er på optisk modellering, simulering og byg-ging av et eksperimentelt oppsett. Det blir også gitt en introduksjon av prinsippet til Michelsonsinterferometer og optikken bak, samt en kort beskrivelse av Heydemann-metoden.I den simulerte modellen ble det gjennomført simuleringer ideelt, men også med støy der enHeydemann-korreksjon gjorde opp for støy slik at resultatet ble nanometerpresist.I den reelle modellen ble det oppnådd gode målinger som ble hentet inn digitalt ved hjelp aven A/D-omformer. Resultatet bar preg av en feilmargin på minst 4%. Det kan konkluderesmed at de største feilkildene var i form av feilinnstillinger i det optiske oppsettet og en upresiskoeffisient av forflytningen til speilet, da dette ble flyttet ved hjelp av termisk ekspansjon aluminium. Resultatet ga allikevel et bilde av potensialet som er tilgjengelig ved videre utviklingog forbedring av presisjonen til systemet

Laser interferometry is a measurement technique where one can find changes in distance using distortion patterns that occur on the laser beam through the system. Interferometry has mixed uses in topography where INSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) is used in satellites in orbit around the earth to map changes in the earth's surface over periods [1]. The Homodyne Michelson interferometer is somewhat less complex - and has a different structure than INSAR, but the principle is the same. In this exercise, the Heydemann method is used to compensate for noise so that the precision of the distance change through the homodyne Michelson's interferometer is improved. The focus is on optical modeling, simulation and construction of an experimental setup. An introduction is also given to the principle of the Michelson interferometer and the optics behind it, as well as a brief description of the Heydemann method. In the real models, good measurements were obtained which were obtained digitally using an A / D converter. The result was characterized by a margin of error of at least 4%. It can be concluded that the largest sources of error were in the form of error settings in the optical layout and an imprecise coefficient of the displacement to the mirror, as this was moved by means of thermal expansion aluminum. The result nevertheless provided a picture of the potential that is available for further development of improving the precision of the system.