Interferometrie

Ein Interferometer ist eine Meßeinrichtung zur Messung von verschiedenster Größen unterAusnutzung der Interferenzeigenschaft von Licht.

Interferometer können zur Messung von Längen Drehungen Dichte Dichtegradienten Verformungen dienen.

Interferometer können sowohl an einem Punkt aber auch ein ganzes 2-dimensionales Feld messen.Es gibt verschiedene optische Aufbauten, die je nach Zweck entwickelt wurden. Wesentlich ist daßimmer zwei Strahlen zur Interferenz gebracht werden. In vielen Fällen wird eins der Strahlen un-gestört an dem zu untersuchenden Objekt vorbei geführt. Dieser Strahl heißt dann Referenzstrahl.Es gibt unter Anderem

Michelson-Interferometer (für Verformungen, Längen)Mach-Zehnder Interferometer (für Dichte Felder)Schlieren- bzw. Differentialinterferometer (für Felder von Dichtegradienten)

Im folgenden werden diese drei Arten beschrieben.

Beispiel eines Michelson-Interferometers zur Messung vonVerformungen einer Membran

Spiegel

Laser

Strahlteiler-würfel

Öl

Objekt:reflektierende

∆h

Videokamera

Membran

∆h=0 cm ∆h=20 cm ∆h=30 cm

∆h=40 cm ∆h=50 cm ∆h=60 cm

Auswertung der Streifen

0 200 400 600Radiale Position

0

5

10

15

20

Mem

bran

ausl

enku

ng [µ

m]

Membranauslenkung bei 60 cm Ölsäule

Anstand der Streifen: λ/2

Beim Mach-Zehnder_Interferometer wird das Dichtefeld einerStrömung ausgemessen. Im unteren Teil befindet sich derReferenzstrahlengang, zwischen I und IV.

Schlieren-bzw. Differentialinterferometer

Bei dieser Art von Interferometer durchqueren beide Strahlen das zu messendeObjekt. Ist die Dichte, d.h. der Brechungsindex bzw. die Lichtgeschwindigkeitim Objekt konstant so ergibt sich keine Phasenverschiebung der Strahlen. Istdagegen ein Dichtegradient vorhanden, so führt dies zu einem Gangunterschied,die dann als Streifen sichtbar werden.

Aufbau eines Schlieren-Interferometers

Zwei Strahlen werden durch einen Wollastonprisma zur Überdeckunggebracht.

Interferenz der beiden Strahlen.Das Wollastonprisma spaltet das zirkular polarisierte Licht in seinen Kompo-nenten unter dem Winkel ε. Das dahinter liegende Polarisationsfilter (45° ge-dreht) filtert vektoriell jeweils ein Teil der Strahlen 1° und 2´ mit gleicher pola-risations Richtung aus. Diese können dann interferieren.

Das Schlierenverfahren hat eigentlich zu erst bestanden. Es handelt sich nichtum einen Interferometer. Hier wird die Ablenkung der Lichtstrahlen durch Bre-chung an Dichtegradienten der Strömung ausgenutzt. Die abgelenkten Strahlenkommen nicht an der Schlierenkante vorbei (dunklere Stellen, Stoßwellen amTragflügel).

ANDERE ARTEN VON STRÖMUNGSICHTBARMACHUNG

Hier werden der Strömung kleine Partikel zugefügt. Während der Belichtungs-zeit der Aufnahme bewegen sich die Teilchen und erzeugen so kurze Teilchen-bahnstreifen. Schnelle Teilchen, d.h. wo die Strömung schnell ist haben langeStreifen, langsame entsprechend kurze Streifen. Nur in dem Fall, dass die Strö-mung stationär, d.h. zeitunabhängig, decken sich die Teilchenbahnen mit denStromlinien. Im obigen Bild gibt es Bereiche wo dies der Fall ist. Im Strahl istdie Strömung aber stark instationär und die Teilchenstreifen verschwimmen.

Mit dieser Methode werden Strukturen in der Strömung sichtbar gemacht. Hierhandelt es sich um die periodische Ablösung von Wirbeln (Karman´scheWirbelstraße) hinter einem Zylinder, (senkrecht zur Bildebene, linker Bildrand).Die Struktur ist hörbar, z. B. bei Wind an Hochspannungsleitungen aber aucham eigenen Kopf beim Fahradfahren. Die Griechen bezeichneten diese Töne alsäolisch, d. h. vom Wind gemachte Töne.