La diferencia entre el velocímetro láser Doppler y el interferómetro láser (VISAR)
Puede liberar varias veces la energía de la red eléctrica mundial en una milmillonésima de segundo. Condiciones físicas similares sólo se pueden encontrar en el centro de explosiones nucleares, dentro de estrellas o en los bordes de agujeros negros naturales, pero ahora se pueden lograr con un láser del tamaño de un campo de fútbol en Shanghai. Ésta es la potencia demostrada por el dispositivo láser gigante "Shenguang 2" desarrollado con éxito por nuestro país hace unos días.
"Shenguang 2" fue construido en el Instituto de Óptica y Mecánica de Shanghai de la Academia de Ciencias de China e integra cientos de dispositivos ópticos en un espacio del tamaño de un campo de fútbol. Cuando ocho potentes rayos láser se concentran en un pequeño objetivo de combustible a través de una cadena de amplificación tridimensional en el espacio, pueden emitir varias veces la potencia total de la red eléctrica mundial en un instante ultracorto de una milmillonésima de segundo, liberando así energía extremadamente alta. La presión y la alta temperatura desencadenan la reacción de fusión.
"Shenguang 2" se puede utilizar como experimento científico. Las condiciones físicas extremas generadas por la enorme energía liberada en el experimento son de gran importancia para la introducción de investigaciones científicas básicas, aplicaciones de alta tecnología y nuevas. tecnologías para garantizar la seguridad nacional.
Las perspectivas de futuro de "Shenguang" son atractivas. Según los expertos, la fusión nuclear es la esperanza de una energía limpia en el futuro. Se espera que a mediados de este siglo los científicos puedan utilizar la tecnología de fusión láser para convertir los abundantes isótopos deuterio y tritio del agua de mar en una energía enorme e inagotable.
La finalización de "Shenguang 2" ha supuesto un paso gratificante para los científicos chinos en la obtención de energía del agua de mar. La llegada de "Shenguang II" marca que la investigación sobre láseres de alta potencia y la investigación sobre fusión nuclear con láser de China han entrado en las filas avanzadas del mundo. Actualmente, sólo unos pocos países, como Estados Unidos y Japón, pueden construir láseres gigantes tan sofisticados. El rendimiento técnico general de "Shenguang-2" ha entrado en el top 5 del mundo. Diferencia instantáneamente entre láseres gigantes y potencia global.
Puede liberar varias veces la energía de la red eléctrica mundial en una milmillonésima de segundo. Condiciones físicas similares sólo se pueden encontrar en el centro de explosiones nucleares, dentro de estrellas o en los bordes de agujeros negros naturales, pero ahora se pueden lograr con un láser del tamaño de un campo de fútbol en Shanghai. Ésta es la potencia demostrada por el dispositivo láser gigante "Shenguang 2" desarrollado con éxito por nuestro país hace unos días.
"Shenguang 2" fue construido en el Instituto de Óptica y Mecánica de Shanghai de la Academia de Ciencias de China e integra cientos de dispositivos ópticos en un espacio del tamaño de un campo de fútbol. Cuando ocho potentes rayos láser se concentran en un pequeño objetivo de combustible a través de una cadena de amplificación tridimensional en el espacio, pueden emitir varias veces la potencia total de la red eléctrica mundial en un instante ultracorto de una milmillonésima de segundo, liberando así energía extremadamente alta. La presión y la alta temperatura desencadenan la reacción de fusión.
"Shenguang 2" se puede utilizar como experimento científico. Las condiciones físicas extremas generadas por la enorme energía liberada en el experimento son de gran importancia para la introducción de investigaciones científicas básicas, aplicaciones de alta tecnología y nuevas. tecnologías para garantizar la seguridad nacional.
Las perspectivas de futuro de "Shen Guang" son atractivas. Según los expertos, la fusión nuclear es la esperanza de una energía limpia en el futuro. Se espera que a mediados de este siglo los científicos puedan utilizar la tecnología de fusión láser para convertir los abundantes isótopos deuterio y tritio del agua de mar en una energía enorme e inagotable.
La finalización de "Shenguang 2" ha supuesto un paso gratificante para los científicos chinos en la obtención de energía del agua de mar. La llegada de "Shenguang II" marca que la investigación sobre láseres de alta potencia y la investigación sobre fusión nuclear con láser de China han entrado en las filas avanzadas del mundo. Actualmente, sólo unos pocos países, como Estados Unidos y Japón, pueden construir láseres gigantes tan sofisticados. El rendimiento técnico general de "Shenguang-2" ha entrado en el top 5 del mundo. La tecnología láser se utiliza para una variedad de inspecciones y mediciones.
La tecnología láser se utiliza en una variedad de inspecciones y mediciones.
La aplicación de la tecnología láser en la detección se logra principalmente utilizando las excelentes características del láser como fuente de luz y cooperando con los componentes fotoeléctricos correspondientes. Tiene las ventajas de alta precisión, amplio rango de medición, corto tiempo de detección y sin contacto. A menudo se utiliza para medir parámetros como longitud, desplazamiento, velocidad y vibración. Cuando el objeto que se mide es irradiado por un láser, algunas características del láser cambiarán. Midiendo su respuesta, como intensidad, velocidad o tipo, se puede conocer la forma, las características físicas y químicas del objeto medido, así como la magnitud de su cambio. Los tipos de respuestas incluyen: liberación de luz, sonido, calor, iones, partículas neutras y otros productos, cambios en la amplitud, fase, frecuencia, dirección de polarización y dirección de propagación de la luz reflejada, la luz transmitida y la luz dispersa.
◆Alcance láser El principio básico del alcance láser es: emitir un láser con una velocidad C al objetivo medido, medir su tiempo de retorno y así obtener la distancia d entre el láser y el objetivo medido. Es decir: d = CT/2
Donde t-el intervalo de tiempo entre la emisión del láser y la recepción de la señal de retorno. Se puede ver que la precisión de este alcance láser depende de la precisión de la medición del tiempo. Debido a que utiliza un rayo láser pulsado, para mejorar la precisión, se requiere que el ancho del pulso láser sea estrecho y que el receptor óptico responda rápidamente. Por lo tanto, los láseres de estado sólido de alto rendimiento y los láseres de dióxido de carbono se utilizan a menudo como fuentes láser para mediciones a larga distancia. En mediciones de corto alcance se utiliza como fuente láser un láser semiconductor de arseniuro de galio.
◆Medición de longitud por láser
Según el principio óptico, se utiliza una fuente de luz monocromática ordinaria para medir la relación entre la longitud máxima medible L de luz monocromática, la longitud de onda λ de la fuente de luz y el ancho de la línea espectral δ λ La longitud máxima mensurable es 78 cm. Si el objeto a medir supera los 78 cm, deberá medirse en secciones, lo que reducirá la precisión de la medición. Si se utiliza un láser he-ne como fuente de luz, la longitud máxima mensurable puede alcanzar decenas de kilómetros. El rango de medición general es inferior a 10 m y se puede garantizar que la precisión de la medición esté dentro de 0,1 μm m.
◆Interferometría láser
El principio de la interferometría láser es utilizar el Características de coherencia del láser para procesar la información de cambio de fase. Dado que la luz es una onda electromagnética de alta frecuencia, es difícil observar directamente sus cambios de fase. Por lo tanto, es mucho más fácil utilizar tecnología de interferencia para convertir la diferencia de fase en cambios en la intensidad de la luz. Generalmente, para medir se puede utilizar la interferencia entre la luz de referencia en la superficie de reflexión de referencia y la luz de observación reflejada por el objeto que se está observando, o la interferencia entre la luz de referencia y la luz cuya fase cambia después de pasar a través del objeto que se está observando. El objeto bajo prueba sin contacto. La precisión de la medición de la distancia, el tamaño y la forma de los objetos puede alcanzar el nivel de longitud de onda de la luz. Debido a que la longitud de onda de la luz es muy corta, la precisión de la medición es bastante alta.
◆Lidar
Lidar se utiliza para emitir rayos láser al aire y analizar y procesar la luz de señal dispersa para conocer el tipo, la cantidad y la distancia de las moléculas suspendidas en el aire. Utilizando láseres de pulso corto, la información contenida en cada pulso se puede observar en series de tiempo y se puede obtener la distribución espacial tridimensional del objeto y su velocidad y dirección de movimiento. Si se utiliza un láser de pulso de picosegundo, su resolución espacial puede alcanzar menos de 10 cm. Cuando el láser irradia un objeto, se produce dispersión. Dependiendo de si cambia la energía del fotón, la dispersión se puede dividir en dispersión elástica y dispersión inelástica. La dispersión elástica se puede dividir en dispersión de Rayleigh y dispersión de Mie. El tamaño de los dispersores es pequeño en comparación con la longitud de onda del láser y se denomina dispersión de Rayleigh; la dispersión correspondiente a la longitud de onda del láser se denomina dispersión de Mie. La intensidad de la dispersión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda del láser que ilumina, por lo que se puede distinguir de la dispersión de Mie midiendo la longitud de onda. Por lo tanto, la dispersión inelástica también incluye la dispersión Raman y la dispersión Brillouin. La dispersión Raman se refiere al fenómeno de que cuando la luz encuentra átomos o moléculas, la frecuencia de la luz dispersada cambia debido al intercambio de vibración intrínseca y energía rotacional del dispersador. Debido a las diferentes estructuras moleculares de las sustancias constituyentes, las características de la dispersión Raman también son diferentes. Por lo tanto, es fácil identificar especies moleculares mediante análisis espectral dividiendo el espectro de dispersión recibido. Por lo tanto, midiendo la luz dispersada, es posible determinar si hay turbulencias en el aire (dispersión de Mie) y el tipo y cantidad de diversos contaminantes del aire como CO y NO (dispersión Raman). Se puede ver que la tecnología lidar juega un papel importante en la solución de problemas ambientales.
La medición es indispensable en la industria, como la medición de longitud, medición de desplazamiento, medición de velocidad, etc. Diferentes aplicaciones requieren diferente precisión de medición y, por lo tanto, diferentes medios para lograrla. Tomando como ejemplo la medición de longitud o desplazamiento, cuando se requiere que la precisión de la medición sea del orden de milímetros, una regla métrica ordinaria es suficiente, y la precisión de medición de un calibre puede alcanzar una centésima de milímetro, con un máximo rango de decenas de centímetros. Para mediciones más precisas en un rango más amplio, especialmente para mediciones en tiempo real de la posición o el desplazamiento de objetos que se mueven rápidamente, los métodos tradicionales son algo insuficientes. Los láseres proporcionan la herramienta más poderosa para mediciones de precisión.
Un equipo de investigación conjunto compuesto por el Instituto Nippon de Metrología y Tokyo Precision Instruments ha introducido un método para medir la posición de objetos tridimensionales en movimiento. El sistema incluye cuatro interferómetros, la fuente de luz utilizada es un láser He-Ne con una longitud de onda de 632,8 nm y el objeto medido está equipado con un reflector de luz. En un experimento realizado por el equipo de investigación, un brazo robótico de 2 metros de altura se movía a una velocidad de 50 centímetros por segundo. El sistema midió la posición del reflector en el extremo del brazo robótico con una precisión de medición de 65438±0. micras.
Hasta ahora, la mayoría de los interferómetros utilizados para medir el desplazamiento con precisión se basan en fuentes láser estables para garantizar una longitud de coherencia suficiente, y todo el sistema es bastante caro. Se informa que una empresa israelí en Jerusalén inventó recientemente una patente para desarrollar un sistema de medición de desplazamiento barato y preciso basado en la estabilidad inherente del láser He-Ne sin medidas especiales de estabilización. Se dice que su rendimiento es similar al de un medidor de desplazamiento por interferómetro láser estable, relativamente caro y complejo, con una precisión de medición de 0,3 micrones a una distancia de 1 metro.
Quizás una de las aplicaciones más interesantes de los interferómetros láser sea la medición de ondas gravitacionales. Einstein especuló una vez que eventos astronómicos fuertes como explosiones de estrellas, colisiones de agujeros negros y la colisión "inicial" del universo pueden formar ondas gravitacionales. Pero como esas ondas, si existen, son tan débiles y no se han detectado durante décadas, es imposible determinar si existen.
Con el desarrollo de la tecnología láser, la sensibilidad de la medición de precisión de la interferencia del láser ha mejorado sin precedentes y la gente vuelve a interesarse por ella. Recientemente, se informó que Alemania y el Reino Unido están construyendo un sistema llamado GEO600 cerca de Hannover, Alemania, en un intento de detectar ondas gravitacionales. En el estudio de este sistema participan muchos grupos de investigación de Alemania y Estados Unidos, como la Universidad de Hannover en Alemania, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Charles Schwab y el Instituto Einstein de Potsdam, así como investigaciones del Universidad de Glasgow y Universidad de Gales en el grupo del Reino Unido. La inversión total es de 6.5438+005 millones de dólares, aportada por el Instituto Max Planck y la Fundación Volkswagen de Alemania y el Consejo Británico de Investigación en Física de Partículas y Astronomía.
Según los informes, se espera que GEO600 detecte cambios de longitud medidos tan pequeños como una fracción del diámetro de un solo núcleo atómico. Esta sensibilidad equivale a un cambio de 20 centímetros en la distancia entre la Tierra y el centro de la Vía Láctea. En otras palabras, a una distancia de 10 veces la vuelta a la Tierra, ¡se puede detectar cualquier cambio en el diámetro y la longitud de un átomo! ¡Qué increíble y verdadero “número astronómico”!
Se informa que ha habido algunos dispositivos similares en el mundo antes, como los dos sistemas en Hanford y Livingston, el sistema de pizza en Italia y un sistema en Japón. GEO600 complementa estos sistemas. Si la detección tiene éxito en al menos cuatro lugares, también se puede determinar la ubicación de la fuente de la onda gravitacional.
La primera medición de ondas gravitacionales será un acontecimiento importante en la física, y su importancia práctica será permitir a los astrónomos obtener información sobre los procesos que tienen lugar en el universo. Curiosamente, la base para la generación de láser es la genial predicción de Einstein hace 80 años: la transición de radiación estimulada. Hoy en día, la gente está tratando de usar láseres para verificar otra predicción de este genio erudito (no llamaremos genio a esta predicción por el momento, pero una vez confirmada, definitivamente será un gran avance en la tecnología de interferometría láser de China. 25 de abril de 2007 19:06 Guangming.com - Guangming Daily.
Nuestro periódico, Beijing, 24 de abril (corresponsal Zhou Yong, reportero Lian Yuchun): Después de más de 30 años de aplicación y desarrollo, la velocidad de interferencia láser de mi país Meter (VISAR para abreviar) ha logrado un gran avance en el desarrollo del Instituto de Física de Fluidos de la Academia de Ingeniería Física de China (Academia de Física de China) El sistema de medición de velocidad de interferometría láser ha alcanzado el nivel avanzado internacional. Incluye el desarrollo de armas de mi país, la ciencia de nuevos materiales, la astrofísica y las ciencias de la tierra.
La investigación experimental en física y otros campos proporciona métodos de prueba avanzados.
La velocimetría de interferencia láser es una prueba. Tecnología basada en el efecto Doppler óptico. Utiliza láser como fuente de luz de detección y se basa en la frecuencia del láser reflejado para calcular el cambio en la velocidad del objeto al iluminar la superficie del objeto en movimiento a alta velocidad. La tecnología se puede utilizar para medir el cambio de velocidad de objetos en movimiento a alta velocidad en muy poco tiempo, así como varios materiales. La velocidad de la superficie libre y la velocidad de las partículas internas bajo la acción de ondas de choque son de gran valor para estudiar la física y. Características de respuesta mecánica de los materiales en condiciones extremas, como alta temperatura y alta presión. Desde que se propuso en la década de 1970, esta tecnología se ha utilizado principalmente para la detonación de varias ojivas de armas. Tiene una sólida experiencia en aplicaciones militares en experimentos de bombardeo y daños. pruebas de efectos.
Desde la década de 1970, el Primer Instituto de la Academia China de Ciencias ha estado prestando mucha atención a la tendencia de desarrollo de la tecnología internacional de medición de la velocidad de interferencia láser y trabajando arduamente para desarrollarla. Dispositivo adecuado para diversos experimentos de detonación. En 1985, se desarrolló el primer prototipo de instrumento de medición de velocidad con interferómetro láser de tres sondas de China, JSG-1, que midió la velocidad de la superficie libre de varios objetivos, como hierro, cobre, tungsteno y aluminio.
En 1989, desarrollaron el tacómetro interferométrico láser de cuatro sondas JSG-2, cuyo rendimiento era comparable al de los tacómetros estadounidenses de la misma época. En 1994, para satisfacer las necesidades de los experimentos de detonación, Li Zeren y otros del instituto propusieron la primera * * idea de interferometría láser multipunto de cavidad del mundo y realizaron una medición continua multipunto, extendiendo los problemas físicos unidimensionales a la conducta. investigaciones en dos y tres dimensiones; del 65438 al 0996, comenzaron a desarrollar un prototipo de velocímetro de interferencia láser multipunto. Hasta ahora, se han desarrollado y aplicado varios modelos de VISAR multipunto en una gran cantidad de experimentos de detonación, brindando soporte técnico y de sistemas a muchas unidades domésticas. Después de 1997, para resolver los problemas de VISAR, que pierde fácilmente franjas de interferencia y estructuras complejas del sistema cuando la velocidad cambia rápidamente, y para hacer que la tecnología de medición de la velocidad de interferencia del láser sea más simple y fácil de usar en entornos especiales, la Física de Ondas de Choque y la Física de Detonaciones Laboratorio de un laboratorio clave de ciencia y tecnología de defensa nacional de la Academia de Ciencias de China Comenzó a estudiar la tecnología de medición de la velocidad de interferencia de láser totalmente de fibra. El equipo de investigación dirigido por Tan Hua exploró la interferometría de velocidad de fibra monomodo, la interferometría de velocidad de fibra multimodo de amplio espectro y la interferometría de velocidad y desplazamiento de fibra que combina monomodo y multimodo. Después de casi diez años de arduo trabajo, desarrollaron con éxito un nuevo dispositivo de velocimetría de interferometría de desplazamiento láser totalmente de fibra que combina multimodo y monomodo, que supera las deficiencias del VISAR tradicional y puede medir de manera conveniente y confiable la velocidad transitoria de alta velocidad. La velocidad de los objetos en movimiento bajo cargas fuertes es un gran avance en el campo de la medición de la velocidad de interferencia láser en mi país. En 2006, este resultado se publicó en la revista de renombre internacional "Applied Physics Communications".