[Ben Krasnow] Construye un interferómetro de un componente

Cuando pensamos en experimentos físicos, tendemos a anticipar salas de cuevas llenas de cosas como bancos ópticos, enormes devanados en habitaciones vacías y bastidor tras bastidor de amplificadores y hardware de adquisición de datos. Pero no tiene por qué ser así; en realidad, puede hacer interferometría láser con un solo componente y medir desplazamientos submicrónicos y más.

El astuto espectador de [Ben Krasnow]El video a continuación notará que para usar un elemento, un diodo láser, como interferómetro, necesitaba un conjunto completo de equipo de soporte, como fuentes de alimentación, un generador de señal y un osciloscopio de señal mixta realmente muy bueno. . Pero el principio del experimento es la parte importante que utiliza un diodo láser con un fotodiodo de monitor incorporado. Presentados a un tercer cable, los diodos láser más antiguos a menudo usaban estos fotodiodos para controlar la luz emitida por la unión del láser. Pero también responden a la luz reflejada en el diodo láser y, gracias a la interferencia constructiva y destructiva, pueden generar una señal que responde a los pequeños movimientos de un reflector. [Ben] lo usó para medir las vibraciones de un pequeño altavoz, la rotación de un eje de motor, y con un ligero cambio en la configuración, para medir la distancia a un objetivo fijo con precisión submicrónica. Es algo fascinante, y el hecho de que puedas extraer tanta información de un solo elemento es genial.

nos gusta mucho [Ben]el estilo de presentación y la pequeña física interesante que encuentra una manera de explorar. Recientemente, analizó cómo el helio puede matar un sensor MEMS, un tema igualmente fascinante.

[baldpower] enviado en este consejo. ¡Gracias!

  • desraloquímico dice:

    Eso es realmente asombroso. Ben es un genio. ¿Cómo se le ocurren todas estas ideas?

    • BK dice:

      Leer artículos de personas que lo hicieron por primera vez

      • JohnU dice:

        "No hay nada nuevo bajo el sol".

        Pero a quién le importa, no leeré esos artículos, pero podría aprender algo de Ben, incluso si YouTube es la peor forma de documentación técnica fuera de un baile interpretativo.

    • HS dice:

      Creo que todos los videos que hizo provienen de la lectura de artículos de personas que lo hicieron por primera vez.

      Lo único que hace Ben es "filmar" el papel para que sea más fácil absorberlo y compartirlo.

      • John Smith dice:

        Bueno, y recreando el papel / patente. Eso es realmente muy difícil en sí mismo, y no hay "justicia" en la calidad y variedad de su trabajo.

  • jpa dice:

    Menos mal que realmente es un interferómetro láser. Esperaba el truco más común de una onda láser con una onda cuadrada y luego solo una comparación del retraso entre los pulsos emitidos y recibidos, que tiene mucha menos resolución pero parece más fácil de operar.

    • Fridolin dice:

      ¿Tienes más información sobre la onda cuadrada?
      Me gustaría leer más sobre eso.

      • Comedias dice:

        Puede utilizar la correlación para obtener una medida realmente precisa del retraso. Pero este interferómetro es mucho mejor y puede realizar mediciones subangstrom (menos de 0,1 nanómetros) cuando todo está configurado.

    • NiHaoMike dice:

      Pulsar el láser y medir el retraso se llama LIDAR.

  • Ostraco dice:

    "Cuando pensamos en experimentos físicos, tendemos a anticipar salas de cuevas llenas de cosas como bancos ópticos, enormes devanados en habitaciones vacías y bastidor tras bastidor de amplificadores y hardware de adquisición de datos".

    Ciencia ciudadana ... sin presupuesto. : -D

    "Es algo fascinante, y el hecho de que puedas extraer tanta información de un elemento es genial".

    Ingeniería espía.

    • Marvin dice:

      Me gustaría estar en un lugar donde "sin presupuesto" significa fácilmente 50 equipos preciosos en mi escritorio ...

      • Ene. dice:

        +1

      • Robert Mateja dice:

        ^ esto

      • IDENTIFICACIÓN dice:

        Sí, ese equipo agrada, especialmente el MSO, pero ¿qué hizo que realmente necesitaba ese gasto? Cualquier "alcance" moderno podría abordar estas medidas. Puede ser posible recordar una pista guardada para demostraciones de YouTube sin un osciloscopio de almacenamiento digital. Es posible que no pueda leer uA con su multímetro digital, pero en realidad no necesita hacer la interferometría, solo necesita saber lo suficiente sobre la corriente esperada para construir el amplificador de impedancia trans.

  • shrad dice:

    De hecho, esto es bastante inteligente, pero ya se ha explotado en forma de ECDL (diodos láser huecos externos), excepto que la luz de retorno interferente se ha utilizado para promover regímenes específicos de la cavidad del diodo láser o para sintonizar una longitud de onda estrecha. .

    https://www.rp-photonics.com/external_cavity_diode_lasers.html

    Este truco se puede utilizar para configurar algunos diodos láser de quemador de CD en cualquier transición de celda de yodo a 440-ish nm, o con diodos láser muertos más largos de espectro visible para obtener la longitud de coherencia necesaria para la holografía.

    Me pregunto si se podrían combinar diodos rojos y verdes para hacer SFG como en esos punteros láser amarillos basados ​​en KTP de corte OPO

  • AMA dice:

    Como demostración, lo cual es muy bueno. Como herramienta de cualquier uso, hay agujeros a través de los cuales puede viajar en un autobús de dos pisos. La distancia entre las franjas no es de 650 nm, ya que tiene 650 nm de * longitud de la carretera *, por lo que tiene 325 nm de movimiento. La luz de un diodo láser típico no es simplemente consistente, tiene múltiples modos de línea (a menos que tenga un diodo muy especial) y modular la corriente a través del diodo hará que un modo salte.

    • Shrad dice:

      Género ECDL ????

  • Jacques dice:

    Hay 2 baterías, un amplificador de observatorio, resistencias, condensadores, láser de cuero y, obligatoriamente aquí, una fuente de alimentación de laboratorio de alta precisión.
    ¿Qué es el “artículo único” del título?
    De todos modos, un video educativo muy bonito.

    • Manso el friki dice:

      Es probable que se utilicen baterías porque, al igual que las fuentes de alimentación de escritorio, ponen ruido en un circuito electrónico. Normalmente no es suficiente cuidarlos, pero para los amplificadores sensibles esto puede ser suficiente para evitar un funcionamiento adecuado. Trabajo como técnico en un laboratorio de física, y uno de los proyectos de los estudiantes con los que ayudé fue tener que usar baterías porque los amplificadores amplificaban el ruido de las fuentes de CC moduladas y emitían desechos. Ahora tengo dos baterías de 12 V CC para usar si las personas necesitan ejecutar proyectos de estudiantes muy delicados.

      Si realmente conecta un cargador USB a un osciloscopio, es posible que vea un ruido entre 100 KHz y 500 KHz debido a los circuitos de eje utilizados en ellos.

      Básicamente, las baterías son una técnica de "limpieza de señales" en la que, para empezar, nunca se introduce ruido en un circuito.

      Definitivamente probaré esto en el trabajo la próxima semana.

      • Eco dice:

        Mire LT3045 y LT3094. Ambos son los reguladores de ruido más bajos disponibles actualmente, que son tan silenciosos como las baterías.

  • Boris van Galvin dice:

    Esto es brillante.
    Recuerdo haber dicho que sí a algo que no era tan complicado con los LED. Un solo LED podría funcionar como un monitor de intensidad de luz e incluso era lo suficientemente sensible como para poder detectar objetos de campo cercano. Me encontré con este mientras construía una placa de sensores para un anuncio de robot que lo usé para detectar paredes, etc.
    El LED emitiría luz y un sensor de corriente detectaría cuánta corriente está consumiendo el LED, si un objeto estuviera cerca, habría un pequeño cambio en el consumo de corriente. Lo mismo ocurre con el sensor de luz. Si un LED funciona a la luz del sol, hubo un cambio medible en el consumo de corriente si se conducía en la oscuridad.

  • Russ dice:

    La forma de onda de interferencia púrpura alrededor de las 12:04 parece un diente de sierra con la rampa en el lado principal cuando la pendiente del seno es negativa y en la parte trasera cuando la pendiente es +. Te preguntas si la dirección de movimiento del objetivo podría inferirse de esta información y, por lo tanto, usarse para hacer un giroscopio láser de anillo al iluminar el conductor en un camino cerrado con prismas o lo que sea.
    "Laser Inertial" fue desarrollado recientemente por la USAF en el '69. Los equipos INS en los que estaba trabajando fueron construidos por Litton y usaban giroscopios mecánicos. ¿Se pregunta si los iINS a nivel de consumidor podrían desarrollarse con un CEP muy superior al tipo antiguo en el que estaba trabajando?

    • Paul dice:

      Ben dice que la onda de la muñeca mide la diferencia de fase entre la luz emitida y reflejada.
      A lo largo del video me preguntaba cuándo Ben lo diría él mismo, pero nunca lo dijo.
      El patrón de interferencia consta de partes verticales donde la fase arroja una señal, y partes de la propia señal medida, en este caso una onda sinusoidal. Si corta la señal en los lanzamientos de fase y luego cambia las piezas verticalmente, ha construido su seno.

      Puede ver esto claramente en las partes superior e inferior del seno. El sendero morado tiene la misma forma redonda, y luego las piezas se vuelven cada vez más empinadas.

      Esto también implica, por supuesto, que puede obtener una resolución más alta no solo calculando las liberaciones de fase, sino también midiendo la amplitud.

      Tuve algunos problemas para seguir el discurso de Bens. Estaba distraído de su banco:
      Amplificador de 8 canales, DMM de sobremesa, que se balancea en el rango de pA bajo ...

  • gde dice:

    No tengo idea de cómo se genera la señal. Si mira el osciloscopio, por ejemplo, a las 15:23 con la onda sinusoidal sin fondo. La señal del fotodiodo parece un módulo sinusoidal 2pi, que es una medida directa de la fase. Sin embargo, para llegar a este punto con un interferómetro común (por ejemplo, de Michelson) es necesario realizar algún cambio de fase o algún otro método de reconstrucción de fase, porque solo se puede medir la intensidad de la luz, ¡no la fase! Y solo hay un fotodiodo (no se necesitarían tres para hacer esto).
    Entonces, ¿qué está pasando aquí?

    • yetihehe dice:

      Probablemente debido a los efectos dobles, la pendiente de esta traza púrpura no es simétrica cuando los diodos de los altavoces y cuando dejará el diodo. De esa forma puedes medir la dirección.

      > Sin embargo, para llegar a este punto con un interferómetro común (p. Ej., El interferómetro de Michelson) es necesario realizar algún cambio de fase o algún otro método de reconstrucción de fase.

      Aquí está la belleza de esto ese método. El láser se modula a sí mismo y puede detectar picos y transiciones de su onda láser. Contarlos se obtiene un desplazamiento en medias longitudes de onda. Cuándo [Ben] habla, a veces se pueden ver osciladores de su discurso que afectan a ese hablante. Probablemente tenga tanta interferencia, porque todo se mueve constantemente debido al tráfico cercano.

      • Gde dice:

        Este no puede ser un efecto Doppler. Los fotones láser se mueven a la velocidad de la luz. Comparado con eso, el altavoz no se mueve en absoluto. Además, un efecto Doppler no puede explicar la envolvente (mod 2pi) de la fase.

      • gde dice:

        Algunas consideraciones adicionales sobre la medición Doppler del eje del motor rotativo.
        El eje gira muy lentamente (aproximadamente 10 RMP) Suponga que el diámetro es de 10 mm y gira a 100 RMP.
        Esto nos da una velocidad en la superficie de 2 * Pi * 0.005mm * 100RPM / 60sec = 0.05 m / s.
        La velocidad de la luz es 299792458 m / s. Por tanto, el cambio Doppler será 0,05 / c = 1,7e-10 de la longitud de onda.
        Este es un cambio de longitud de onda de 1.7e-10 * 650 nm = 1e-16 m !!!!!!
        No es posible ver una diferencia tan pequeña en el osciloscopio.

  • Dixontech dice:

    ¿Alguien tiene un número de pieza para esos diodos láser con el fotodetector incluido?

    • Elliot Williams dice:

      Sin número de pieza, pero es bastante común. Todos los diodos que investigué de las grabadoras de CD / DVD los tenían incorporados, por ejemplo.

      Sam parece sugerir que todos los láseres de diodo tienen fotodiodos en: http://repairfaq.cis.upenn.edu/sam/laserdio.htm#diocss

      • Dixontech dice:

        Gracias por la respuesta. Pensé que podría ser eso. Nunca intenté guardar partes de una grabadora de CD / DVD, pero ahora lo haré.

        También gracias por el enlace.

    • Nathan dice:

      Ben publicó la hoja de datos, el sitio web de Google: jameco.com 2120428.pdf 'obtiene el producto:
      https://www.jameco.com/z/LTLD505T-Lite-On-Electronics-Laser-Diode-650Nm-2-6VDC-Algalnp-Laser-Diode_2120428.html

  • electricista dice:

    ¿Alguien podría recomendar un amplificador mucho mejor que el TL082 anterior, que también se puede usar con un diodo láser de rayos azules?

Manuel Gómez
Manuel Gómez

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