Versuch 3: Interferometrische Distanzmessung

Durchführung
Es wird ein He-Ne-Laser mit einer Wellenlänge von λ = 632,8nm verwendet.
Da zwischen den beiden Wellen ein Gangunterschied erzeugt wird, entsteht eine Folge
von beobachtbaren Hell-Dunkelstreifen. Jedesmal wenn ein Übergang zwischen hell nach
dunkel erfolgt, wurde die Meßwelle gegenüber der Referenzwelle gerade um λ/2, also um
316,4nm verschoben. Die Auswertung einer Meßstrecke(S) bedeutet daher das
“Abzählen”(N) der Hell-Dunkelringe bzw:
Das “Abzählen”wird in diesem Fall vom Detektor übernommen (dunkel ⇒ Signal: low; hell
⇒ Signal: high).
Ein Spiegel ist auf einem Piezoelement befestigt, das auf das Anlegen einer Spannung mit
einer Längenänderung reagiert.
Die Spannungsversorgung des Piezoelements erfolgt über einen
Hochspannungsverstärker mit einer Nennspannung von 0 – -1000V. Wird die anliegende
Spannung erhöht, kann beobachtet werden wie sich die Interferenzfigur bewegt. Ab etwa
200V ist die Auslenkung des Piezoelements nicht mehr rein transversal linear, sondern
zeigt zusätzlich eine Rotationskomponente (vgl. Korkenzieher), die den Spiegel verkippt.
Um diesen Effekt zu vermeiden sollen nur Meßkurven nur in einem Bereich von 0 – -150V
aufgenommen werden.
In einer ersten Meßreihe wurde die Wegänderung des Piezos bei manueller
Spannungsänderung ermittelt.
Da im Spannungsbereich von 0 – -121V 10 Minima registriert wurden, ergibt sich daraus
eine Wegänderung von S = 3,164µm. Der Spannungswert -100V entspricht somit einer
Verschiebung von 2,615µm. Bei einer Spannungsänderung von ∆Umax -1000V würde der
Gesamtstellweg 26,15µm betragen.
Die Wegänderung eines Piezos ist nicht auf jeden Fall linear zur Spannungsänderung. Bei
einer Richtungsumkehr tritt meist der Effekt der Hysterese auf. Dieser Effekt soll im
folgenden näher untersucht werden.
Dazu wurde der Piezo linear ansteigend in einem Spannungsbereich von 0 bis -114Volt
verstellt, und dann wieder auf 0 Volt zurückgefahren. Der Voltbetrag bei den jeweiligen
Minima wurde notiert und in die Kurve Abb.2 eingetragen. Dabei zeigt die mit den hellen
Kreisen den Vorlauf des Piezos, während die Kurve mit den dunklen Kreisen den Rücklauf
darstellt. Die Ausdehnung des Piezo ist nicht proportional zur elektrischen Feldstärke.
Welche Ausdehnung der Translator bei einer bestimmten Spannung einnimmt, hängt
davon ab, ob er vorher bei einer höheren oder niederen Spannung betrieben wurde.
Dieses nichtlineare Verhalten läßt sich in einem Spannungs/Ausdehnungsdiagramm
zeigen.
Interferometrische Distanzmessung 4